Có thể định hình hợp kim bộ nhớ khai thác năng lượng nhiệt từ ô tô?

Bạn đã bao giờ nghe nói về hợp kim ghi nhớ hình dạng chưa? DCI

Trong thời đại ngày càng cạn kiệt nguồn nhiên liệu và chi phí xăng dầu ngày càng tăng, các nhà sản xuất ô tô đang làm mọi cách để làm cho ô tô tiết kiệm năng lượng hơn. Nhưng có một nơi rõ ràng mà năng lượng chỉ đơn giản là bị loại bỏ khi xe đang chạy:hơi nóng tỏa ra từ ống xả.

Định luật thứ nhất của Nhiệt động lực học cho chúng ta biết rằng năng lượng không thể được tạo ra cũng như không bị phá hủy, nhưng điều đó không có nghĩa là một lượng nhất định của nó không thể đơn giản trở nên vô dụng. Nói chung, năng lượng vô ích để lại một hệ thống dưới dạng nhiệt, và trong một chiếc ô tô, phần lớn năng lượng nhiệt lãng phí đó có thể được tìm thấy trong ống xả. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể chuyển đổi một phần nhiệt năng đó trở lại thành một dạng hữu ích - chẳng hạn như điện năng? General Motors đã phát triển một thiết bị nguyên mẫu thực hiện chính xác điều này bằng cách sử dụng hợp kim bộ nhớ hình dạng (SMA). SMA là một hợp kim có thể được tạo ra để có hai hình dạng khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ, được gọi là hình dạng trạng thái nhà khi trời nóng và trạng thái thứ hai khi trời nguội. Di chuyển một mảnh hợp kim bộ nhớ hình dạng qua lại giữa môi trường nóng và lạnh và nó sẽ thay đổi qua lại giữa hai hình dạng này. Trong một vài năm, các nhà khoa học đã nhận ra rằng SMA đùn thành dây có thể là một cách sản xuất năng lượng có thể sử dụng được từ nhiệt, nhưng hệ thống của GM là hệ thống đầu tiên thể hiện lời hứa thực sự là một cách tạo ra điện trong ô tô.

Để hiểu cách thức hoạt động của thiết bị GM, hãy tưởng tượng một hệ thống có ba ròng rọc quay được bố trí ở các góc của một tam giác. Kết nối các ròng rọc là một dải liên tục được làm từ các dây hợp kim bộ nhớ hình dạng. Nếu một góc của bố trí ròng rọc này được đặt gần ống xả nóng của ô tô và hai góc còn lại ở khu vực mát hơn, thông gió tốt hơn, thì dải sẽ co vào trạng thái nhà ngắn hơn khi nó gần ròng rọc ở góc nóng. Sự co lại này sẽ kéo phần còn lại của dây sau nó, làm cho các ròng rọc quay và chuyển động của dây nhiều hơn về phía ròng rọc bị nung nóng. Sau đó, các puli quay sẽ kéo dây SMA đã được nung nóng trở lại vùng mát, nơi nó sẽ giãn nở trở lại trong một chu kỳ tiếp tục. Chuyển động tròn do ròng rọc tạo ra có thể được sử dụng để điều khiển máy phát điện sản xuất ra điện, từ đó có thể chạy radio, điều hòa không khí, ổ cắm điện của ô tô - bất cứ thứ gì cần nguồn điện ở mức tương đối thấp.

Theo các nhà nghiên cứu của GM, cần khoảng 10 năm để chuyển thiết bị này từ giai đoạn nguyên mẫu sang ứng dụng thực tế, nhưng có rất nhiều vấn đề vẫn còn cản trở. Làm cho dây SMA có hình dạng như ban đầu là một quá trình tốn nhiều thời gian - hiện tại là khoảng ba tháng - và sự mệt mỏi của kim loại khiến các dây SMA dễ bị đứt sau khi chúng được sử dụng một thời gian. Nguyên mẫu hiện có của GM chỉ tạo ra khoảng hai watt điện, nhưng nhóm nghiên cứu chịu trách nhiệm về nó tin rằng điều này có thể được mở rộng cho các ứng dụng thực tế. Tất nhiên, các ứng dụng về điện được tạo ra bởi các hợp kim kim loại hình dạng vượt xa ô tô, nhưng SMA có thể sẽ không được sử dụng phổ biến như một phương tiện tái chế năng lượng nhiệt trong vài năm tới.