Các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas ở Dallas (Hoa Kỳ) và các tổ chức đối tác đã phát triển một loại vật liệu làm từ gỗ, có khả năng lưu trữ và giải phóng nhiệt. Mục tiêu của vật liệu này là góp phần điều hòa nhiệt độ bên trong các tòa nhà mà không cần sử dụng điện năng.
Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Materials Today Energy, mô tả loại vật liệu composite sử dụng gỗ làm khuôn mẫu cấu trúc cho vật liệu chuyển pha, hấp thụ nhiệt khi chúng tan chảy và giải phóng nhiệt khi chúng đông đặc lại.
Vật liệu này của nhóm nghiên cứu hoạt động như một pin nhiệt, có thể tự sạc (tích điện) khi hấp thụ nhiệt, Tiến sĩ Shuang (Cynthia) Cui, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết.
Dự án này có sự hợp tác với các nhà nghiên cứu từ một số tổ chức, gồm Phòng thí nghiệm quốc gia Rockies, Đại học Colorado Boulder, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học California, Berkeley.
Vật liệu chuyển pha đang được nghiên cứu như một cách để chuyển đổi nhiệt và làm mát trong các tòa nhà. Chúng lưu trữ năng lượng nhiệt vào thời điểm nhiệt độ đạt đỉnh và giải phóng năng lượng đó sau này khi có nhu cầu. Theo các nhà nghiên cứu, các vật liệu như vậy có thể tích hợp vào các bộ phận của tòa nhà như tường, sàn hay mái nhà.
Nếu tòa nhà có đủ vật liệu chuyển pha được tích hợp, năng lượng lưu trữ trong vật liệu chuyển pha, có thể giúp giảm nhu cầu điện năng cho máy điều hòa không khí và sưởi ấm, đồng thời cải thiện hiệu quả năng lượng tổng thể.
Một trong những thách thức kỹ thuật khi sử dụng vật liệu chuyển pha là hiện tượng rò rỉ khi chúng chuyển sang trạng thái lỏng. Giải pháp phổ biến ngăn hiện tượng này là bao bọc chúng trong một chất khác, nhưng điều này có thể hạn chế khả năng lưu trữ nhiệt vì vật liệu bao quanh không góp phần vào việc lưu trữ nhiệt.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu sử dụng gỗ đã trải qua quá trình xử lý loại bỏ lignin, thành phần hình thành nên cấu trúc và độ cứng của gỗ, để tạo ra cấu trúc xốp bên trong giống như bọt biển với các lỗ nhỏ li ti.
Sau đó, cấu trúc lỗ xốp này được ngấm vật liệu chuyển pha, kết hợp với thành phần phụ gia tạo thành nhựa mềm. Theo các nhà nghiên cứu, ma trận nhựa mềm thu được, giúp giữ vật liệu chuyển pha ở đúng vị trí, ngay cả khi nó tan chảy, làm tăng độ bền của gỗ.
Khác với các vật liệu lưu trữ năng lượng khác phải đánh đổi độ bền, vật liệu composite chuyển pha dựa trên khuôn gỗ này duy trì tính toàn vẹn cơ học qua các chu kỳ làm nóng, làm mát lặp đi lặp lại, khiến chúng vừa tiết kiệm năng lượng, vừa bền chắc về cơ học, yếu tố quan trọng để sử dụng lâu dài trong các tòa nhà, Tiến sĩ Hongbing Lu, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.
Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy vật liệu composite này duy trì hiệu suất mà không bị rò rỉ hoặc xuống cấp đáng kể trong suốt 1.000 chu kỳ làm nóng và làm mát. Các nhà nghiên cứu cho biết, công việc tiếp theo sẽ tập trung vào việc tinh chỉnh vật liệu và khám phá các hướng đi tiềm năng hướng tới thương mại hóa công nghệ này.
