Thiết bị thông minh biến nhiệt từ ống pô thành điện

Động cơ đốt trong (ICE) là nền tảng của giao thông hiện đại, nhưng lại có nhược điểm lớn là lãng phí đến 75% năng lượng dưới dạng nhiệt động cơ hoặc khí thải.

Liệu xe xăng dầu có thể trở nên hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn, từ đó cạnh tranh hơn trước xe điện? Câu trả lời có thể nằm ở một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials and Interfaces.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Pennsylvania (Mỹ) đã phát triển một thiết bị gọi là máy phát nhiệt điện (TEG) có thể được gắn trên ống xả của ô tô để chuyển đổi nhiệt thải thành năng lượng.

Mặc dù các thiết bị nhiệt điện (còn được gọi là thiết bị thu hồi nhiệt) sử dụng chênh lệch nhiệt độ để biến nhiệt thành năng lượng đã tồn tại, nhưng chúng thường cồng kềnh, phức tạp và cần nước làm mát để duy trì chênh lệch nhiệt độ cần thiết.

TEG hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ nhiệt và chuyển đổi thành điện năng. Khi được đặt gần nguồn nhiệt như ống xả, các electron di chuyển từ phía nóng sang phía lạnh, tạo ra dòng điện. 

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng bismuth-telluride, một vật liệu bán dẫn, để thúc đẩy dòng electron này trong TEG. Thách thức nằm ở việc duy trì chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt của thiết bị mà không làm giảm hiệu suất.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một bộ tản nhiệt với các cánh tản nhiệt bao quanh ống xả, giúp tản nhiệt thông qua đối lưu cưỡng bức.

Nguyên lý hoạt động tương tự như một chiếc quạt lớn được gắn vào CPU máy tính chơi game. Nguyên mẫu TEG tạo ra công suất tối đa 40W, đủ cho các ứng dụng năng lượng thấp như sạc điện thoại. Thử nghiệm với ô tô chạy ở tốc độ cao cho thấy hệ thống có thể tạo ra 56W điện. Khi kết nối với ống xả của máy bay trực thăng, hệ thống tạo ra 146W điện.

Mặc dù đây là một lượng năng lượng nhỏ, nhưng việc thu hồi và sử dụng năng lượng thay vì để lãng phí là một thành tựu đáng kể.

Điểm nổi bật của hệ thống là có thể dễ dàng lắp đặt vào ống xả và các lỗ thông hơi khác của ô tô hiện có mà không cần hệ thống làm mát bổ sung, đảm bảo tăng hiệu quả và nguồn năng lượng sạch hơn.

Mặc dù được thiết kế cho ô tô, công nghệ này có tiềm năng ứng dụng trong các loại phương tiện giao thông khác. Xe địa hình ATV và xe hai bánh có thể hưởng lợi nhiều hơn nữa, vì ống xả lộ ra ngoài cho phép tản nhiệt hiệu quả hơn mà không làm tăng độ phức tạp hoặc trọng lượng của hệ thống.

Nhưng có lẽ công nghệ này có thể được sử dụng tốt nhất trong xe hybrid, sử dụng điện năng được tạo ra từ phần động cơ đốt trong để tăng phạm vi hoạt động của pin.

Mặc dù xe điện được đánh giá là tương lai của ngành công nghiệp ô tô, nhưng bất kỳ tiến bộ nào giúp tăng hiệu quả của động cơ đốt trong hiện nay đều đáng để xem xét.

Xe điện giờ đã bền bỉ ngang ngửa xe xăng, thậm chí còn 'thọ' hơn

Một nghiên cứu cho thấy xe điện không chỉ có tuổi thọ tương đương mà còn có độ tin cậy cao hơn xe xăng dầu. Phát hiện này cho thấy công nghệ xe điện đã có những bước tiến vượt bậc, mở ra tương lai bền vững cho ngành công nghiệp ô tô.