Pin mặt trời phát điện ở độ sâu 10m dưới biển, hiệu suất gấp đôi trên cạn

29/09/2026 10:50

29-09-2026 10:50:48+07:00

Tưởng chừng khó khả thi vì cường độ ánh sáng mặt trời suy giảm mạnh khi xuyên qua nước, nhóm khoa học Trung Quốc chứng minh điều ngược lại: pin mặt trời perovskite có thể hoạt động ở độ sâu 10m, hiệu suất gấp đôi đặt trên cạn.

Theo thông báo chính thức từ Cell Press và bài báo khoa học công bố ngày 11/9 trên tạp chí Joule, nhóm nghiên cứu do GS Trương Văn Hoa thuộc Đại học Vân Nam (Trung Quốc) dẫn đầu, lần đầu tiên chứng minh một hệ thống quang điện sử dụng vật liệu perovskite có thể hoạt động thực tế ở độ sâu khoảng 10m dưới mặt biển.

Hệ thống này có thể sạc pin lithium-ion và thắp sáng đèn LED.

Đây không phải là một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Nhóm nghiên cứu đã đưa thiết bị ra thử nghiệm thực địa tại vùng biển gần đảo Vi Châu thuộc khu tự trị dân tộc Choang Quảng Tây, nơi sóng gió và nước mặn có thể phá hủy bất kỳ thiết bị điện tử nào trong vài ngày.

Bài toán từng chưa có lời giải

Từ lâu, giới khoa học biết rằng khai thác năng lượng mặt trời dưới nước là một bài toán cực khó. Ánh sáng mặt trời suy giảm rất nhanh theo độ sâu: ở khoảng 10m dưới mặt nước, chỉ còn một phần nhỏ ánh sáng có thể xuyên qua.

Từng là điều không tưởng, lần đầu tiên một hệ thống pin mặt trời perovskite hoạt động thực tế ở độ sâu 10m, sạc pin lithium-ion và thắp sáng đèn LED. Ảnh: SCMP

Các bước sóng ánh sáng đỏ bị nước hấp thụ mạnh khi truyền xuống sâu, khiến phổ ánh sáng dưới nước thay đổi đáng kể.

Điều này có nghĩa là các tấm pin silicon thông thường có thể mất đáng kể hiệu suất khi hoạt động ở độ sâu lớn.

Các nghiên cứu trước đây về pin mặt trời dưới nước chỉ tập trung ở vùng nước rất nông, khoảng 2m trở xuống.

GS Trương Văn Hoa thẳng thắn nhìn nhận: “Rất ít nghiên cứu về pin mặt trời dưới nước được báo cáo và tất cả đều chỉ tập trung ở độ sâu rất nông, chỉ từ 2m trở xuống. Đây là một kịch bản còn xa mới đáp ứng được yêu cầu ứng dụng thực tế”.

Bí quyết nằm ở khả năng điều chỉnh vật liệu

Để giải bài toán này, nhóm nghiên cứu Đại học Vân Nam chọn một hướng đi hoàn toàn khác: thay vì dùng silicon như pin mặt trời thông thường, họ dùng một loại vật liệu mới gọi là perovskite.

Điểm đặc biệt của vật liệu này là có thể tùy chỉnh để hấp thụ đúng loại ánh sáng còn sót lại dưới nước.

Cụ thể, sau khi ánh sáng đỏ bị nước biển nuốt gần hết, chỉ còn lại ánh sáng xanh lam và xanh lục. Pin perovskite được thiết kế để "bắt" trọn vẹn phần ánh sáng này, nhờ đó phát điện hiệu quả hơn hẳn so với pin silicon truyền thống.

TS Tạ Lâm thuộc Đại học Vân Nam giải thích với tạp chí Chemical & Engineering News: “Điểm mạnh nhất của pin mặt trời perovskite khi dùng dưới nước là chúng ta có thể thay đổi thành phần vật liệu để điều chỉnh loại ánh sáng mà nó hấp thụ”.

Tuy nhiên, perovskite nổi tiếng là vật liệu "khó tính", phân hủy nhanh chóng khi tiếp xúc với nước và môi trường khắc nghiệt.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã thêm một chất phụ gia có tên viết tắt là PHMG vào vật liệu perovskite. Chất phụ gia này giúp cải thiện độ ổn định của vật liệu, hạn chế sự di chuyển ion và giảm các khuyết tật cấu trúc có thể làm suy giảm hiệu suất.

Đồng thời, họ sử dụng hệ thống đóng gói nhiều lớp bằng cao su butyl, kính và nhựa epoxy để hạn chế nước xâm nhập, chống áp lực và ăn mòn.

Kết quả gây sốc: Hiệu suất dưới nước cao gấp đôi trên cạn

Khi thử nghiệm trong điều kiện ánh sáng yếu giống như ở độ sâu 10m dưới biển, một tế bào pin có diện tích chưa đầy 0,09cm2)đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới 34,71%. Con số này gần gấp đôi mức 17,08% mà chính nó đạt được khi đặt trên cạn dưới ánh sáng mặt trời tiêu chuẩn.

Chỉ sau 2 giờ dưới độ sâu 10m, hệ thống vẫn thu được 324 mWh điện, đủ sạc pin lithium-ion và thắp sáng đèn LED. Ảnh: SCMP

Ngay cả một tấm pin lớn hơn (28,79cm2) cũng đạt hiệu suất 29,40% - vẫn cao hơn hẳn so với pin mặt trời thông thường hoạt động trên cạn.

Nói một cách dễ hiểu: ánh sáng dưới nước tuy yếu hơn nhiều, nhưng vì pin được "may đo" để hấp thụ đúng loại ánh sáng còn lại, nên nó lại phát điện hiệu quả hơn cả khi phơi nắng trên bờ.

Độ bền của hệ thống cũng gây ấn tượng mạnh. Sau 1.000 giờ ngâm liên tục trong nước biển mô phỏng, thiết bị vẫn duy trì 99,58% hiệu suất chuyển đổi năng lượng ban đầu.

Sau 300 ngày lưu trữ trong hộp găng tay nitơ, hiệu suất vẫn giữ được 96%. Dựa trên kết quả thử nghiệm độ bền, nhóm nghiên cứu ước tính tuổi thọ của thiết bị khi hoạt động liên tục ở độ sâu 10m có thể đạt khoảng 5,5 năm ở 25°C.

Nhóm nghiên cứu sau đó đưa công nghệ ra thử nghiệm thực tế tại vùng biển gần đảo Vi Châu. Các mô-đun pin perovskite được tích hợp lên một robot lặn để sạc pin lithium-ion ở các độ sâu 2m, 6m và 10m.

Sau 2 giờ, hệ thống thu được 324 mWh năng lượng ở độ sâu 10m, 752 mWh ở độ sâu 6m và 1.416 mWh ở độ sâu 2m.

Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng nguồn điện này để thắp sáng một bảng đèn LED, cho thấy khả năng ứng dụng thực tế của công nghệ.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này có thể được phát triển để cung cấp năng lượng cho cảm biến, camera, thiết bị liên lạc, robot và tàu lặn, đặc biệt trong những trường hợp các thiết bị cần hoạt động lâu dài mà không thể thường xuyên nổi lên mặt nước để sạc.

Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng phát triển các nguồn điện tự chủ cho thiết bị hoạt động dưới nước, giảm sự phụ thuộc vào pin truyền thống vốn có tuổi thọ hạn chế và chi phí thay thế cao.

Tử Huy

VietNamNet

- 21:48 28/09/2026