Gần Tết Nguyên đán, mọi công việc tại công ty đã được sắp xếp xong, và Giang Miào cũng không còn nhiều việc cần giải quyết gấp rút, vì vậy anh ấy liên tục dành thời gian cho công việc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Vào ngày 20 tháng 1, tức là ngày Đại Hàn theo lịch âm.

Shuya gọi điện nhờ anh ấy đến thăm mình.

Khi bước vào phòng thí nghiệm vi sinh vật của Shuya, anh ấy thấy cô ấy đang đứng bên cạnh khoảng mười mấy chiếc hộp thí nghiệm.

“Ah Ya, có chuyện gì à?”

Thấy anh ấy đến, Shuya đưa cho anh một bản dữ liệu vừa được kiểm tra: “Cậu xem này sẽ hiểu ngay thôi.”

Giang Miào nhận lấy folder và xem kỹ từng trang; anh ngạc nhiên khi thấy điều này.

Shuya cười và giải thích: “Đây là kết quả của việc cậu luôn lo lắng về tình trạng sản lượng đậu nành dư thừa trong những tháng trước đây phải không? Tôi muốn giúp cậu giải quyết vấn đề này, nên đã thử xem liệu có thể sử dụng đậu nành làm thức ăn cho loài vi khuẩn phát điện hay không… Và không ngờ lại có phát hiện bất ngờ nữa.”

Đặt folder xuống, Giang Miào quan sát kỹ các hộp thí nghiệm này và lắng nghe Shuya giải thích chi tiết hơn:

“Tôi đã sử dụng bột rơm, bột đậu nành và bột agar để tạo thành một loại gel đặc biệt, sau đó thêm loại vi khuẩn phát điện cùng một số chất hỗ trợ ở liều lượng nhỏ… Kết quả là loại vi khuẩn này có thể phát điện một cách ổn định…”

“Theo phiên bản hiện tại, công suất phát điện là 334 watt trên mỗi mét khối, thời gian duy trì hoạt động ổn định là 160 giờ; lượng điện sản xuất ra theo lý thuyết là 53,44 kilowatt-giờ, còn thực tế thì khoảng 48 kilowatt-giờ…”

Nhìn vào những con số này, công nghệ này dường như chỉ có khoảng một phần ba công suất so với phiên bản mà Giang Miào đã nghiên cứu trước đây.

Nhưng điều thực sự khiến anh ấy ngạc nhiên là bên trong loại gel này, theo quá trình phát triển và sinh sôi của vi khuẩn phát điện, đã hình thành một cấu trúc nano đặc biệt.

Cấu trúc này giống như của các loại nấm lớn, nhưng bên trong nó lại được tạo thành từ những ô vuông liên kết chặt chẽ với nhau.

Ban đầu, Shuya chỉ muốn nghiên cứu xem liệu có thể bổ sung thêm các chất dinh dưỡng vào loại gel này để tái sử dụng nó hay không… Nhưng kết quả thí nghiệm lại ngoài dự đoán: khi thêm chất dinh dưỡng lần thứ hai, lượng điện sản xuất ra giảm một cách đáng ngạc nhiên… Tuy nhiên, những vi khuẩn phát điện vẫn tiêu thụ hết chất dinh dưỡng đó.

Kết quả này khiến Shuya rất quan tâm; cô tiếp tục nghiên cứu và phát hiện ra rằng cấu trúc nano này thực sự có khả năng lưu trữ điện năng.

Mỗi mét khối gel hình tổ ong được nghiên cứu ban đầu cho thấy khả năng lưu trữ điện năng tối đa khoảng 150 kilowatt-giờ. Sau đó, Shuya cùng với mười mấy trợ lý thí nghiệm đã tiếp tục nghiên cứu sâu rộng các đặc tính vật lý-hóa học của loại gel này. Họ phát hiện ra rằng sau khi được xử lý khô và làm bất hoạt, gel hình tổ ong có thể được chồng lấn lên nhau thành nhiều lớp. Hiện tại, số lần chồng lấn tối đa là 3 lần; sau mỗi lần chồng lấn, cấu trúc nano dùng để lưu trữ điện năng trong gel sẽ tăng gấp đôi, giúp nâng khả năng lưu trữ điện năng lên mức 450 kilowatt-giờ mỗi mét khối. Tuy nhiên, công suất phát điện của loại gel này không cao lắm, chỉ khoảng 1600 watt; một khi được sạc đầy, nó có thể phát điện liên tục trong 281 giờ. Shuya luôn cố gắng tìm cách nâng cao khả năng phát điện nhanh chóng của nó, nhưng sau hơn một tháng nghiên cứu vẫn không tìm ra giải pháp, cuối cùng mới mời Giang Miào đến xem xét.

“Nhiệt độ, ánh sáng và độ axit-bazơ… em đã thử nghiệm tất cả rồi, mặc dù chúng có thể ảnh hưởng đến gel, nhưng mức độ thay đổi không lớn lắm.” Giang Miào suy nghĩ. Thực ra, anh ta đã mở bảng đánh giá và quan sát kỹ lưỡng cấu trúc nano của loại gel này. Những cấu trúc này được hình thành sau khi vi khuẩn sản xuất điện chết đi, nhưng ngay cả sau khi chết, chúng vẫn giữ lại một số đặc tính của vi khuẩn đó. Bỗng nhiên, anh ta nghĩ ra một khả năng: “Aya, em có thể thử tăng nồng độ oxy xem sao.”

“Nồng độ oxy? Là muốn tăng tốc độ phản ứng oxy hóa-khử à? Được thôi, em sẽ thử.” Shuya suy nghĩ một chút rồi bắt đầu chỉ đạo các trợ lý thí nghiệm tiến hành thử nghiệm. Khi lượng oxy được cung cấp vào gel ngày càng nhiều, công suất phát điện của nó thực sự tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, không lâu sau đó, toàn bộ khối gel bắt đầu cháy. Các trợ lý thí nghiệm đã chuẩn bị sẵn sàng và nhanh chóng thực hiện các thao tác dập lửa theo hướng dẫn. Shuya không quá ngạc nhiên, bởi vì việc cung cấp oxy cho pin thường dẫn đến nguy cơ cháy nổ nếu công suất phát điện tăng lên quá mức. Cô chăm chú theo dõi các dữ liệu thí nghiệm vừa rồi. Khi nồng độ oxy đạt 45%, công suất phát điện đạt mức tối đa, là 4725 watt; khi nồng độ oxy tăng lên 53%, công suất phát điện giảm xuống còn 3529 watt và gel bắt đầu tự cháy. Trong khi đó, Giang Miào thông qua bảng đánh giá đã quan sát được từng chi tiết trong quá trình phát điện này; nồng độ oxy quả thực có thể tăng cường công suất phát điện của gel hình tổ ong, nhưng lại gây ra những tổn hại nghiêm trọng đ

Đây cũng là kết quả mà người ta có thể dự đoán trước được. Dù sao thì việc tăng nồng độ oxy chính là để nâng cao hiệu suất của các phản ứng oxy hóa-khử; khi một vật chất bị oxy hóa, cấu trúc của nó chắc chắn sẽ thay đổi.

Giang Miào không quá quan tâm đến điều này. Mục đích thực sự của ông là muốn nghiên cứu xem các cấu trúc nano này thực hiện quá trình phát điện theo cách nào. Và trong quá trình phản ứng mạnh mẽ vừa rồi, ông đã tìm thấy câu trả lời mình cần.

Cấu trúc này sử dụng các nguyên tử phốtpho và nitơ để khiến các electron di chuyển nhanh chóng bên trong những cấu trúc nano đặc biệt, từ đó tạo ra hiệu ứng phát điện. Cấu trúc này có phần giống với các tế bào cơ điện của cá chình điện.

Dưới sự hướng dẫn của Giang Miào, Shuya cùng với mười mấy trợ lý thí nghiệm cuối cùng cũng hoàn thành công nghệ điều chỉnh công suất phát điện của gel hình tổ ong trước Tết Nguyên đán.

Công nghệ này sử dụng dầu đậu nành làm chất dung môi (các loại dầu thực vật có điểm đông cứng cao khác cũng có thể được sử dụng), kết hợp với kali clorua. Chỉ cần điều chỉnh bước sóng ánh sáng LED, công suất phát điện của gel hình tổ ong có thể được điều chỉnh tự do trong khoảng từ 0 đến 96 kilowatt.

Về tuổi thọ sử dụng, theo ước tính của Giang Miào thông qua các bài kiểm tra, gel hình tổ ong có thể thực hiện khoảng 600 lần phát điện hiệu quả. Sau hơn 600 lần phát điện, cấu trúc nano bên trong nó sẽ bắt đầu suy yếu, và khả năng lưu trữ cũng như phát điện của nó sẽ giảm sút đáng kể.

Công suất sạc của gel hình tổ ong cũng có thể được điều chỉnh trong khoảng từ 0 đến 96 kilowatt. Tuy nhiên, tỷ lệ hao hụt khi sạc của nó thấp hơn so với pin lithium, khoảng từ 3 đến 7%. Tỷ lệ hao hụt khi phát điện cũng tương tự, khoảng từ 3 đến 7%. Mỗi tháng, mức hao hụt do quá trình tự phát điện gây ra khoảng từ 0,2 đến 0,8%.

Về khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp, thực tế là do ảnh hưởng của dầu đậu nành bên trong gel. Khi dầu đậu nành đông cứng, công suất phát điện của gel sẽ giảm xuống chỉ còn khoảng một phần mười; trong trường hợp dầu đậu nành ở trạng thái gần đông cứng, tức là trong khoảng từ 0 độ C đến âm 16 độ C, công suất phát điện của gel khoảng bằng một nửa.

Không sai chút nào! Một bài viết, một video, một nội dung, một sự kết hợp… 6 – 9, một cuốn sách, một cái nhìn… Thật tuyệt vời!

May mắn thay, một khi gel bắt đầu phát điện, phần lớn năng lượng bị mất trong quá trình phát điện sẽ được chuyển hóa thành nhiệt lượng và giải phóng ra ngoài, khiến nhiệt độ bên trong gel t

Nhưng thiết kế này có một điểm bất tiện, đó là vào mùa hè, lớp cách nhiệt bên ngoài gel phải được tháo bỏ ngay lập tức; nếu không, khi hoạt động, nhiệt độ bên trong sẽ tăng lên khoảng 46 độ C, và cần phải để nó trần ra để làm mát bằng gió hoặc nước, giúp giảm nhiệt độ xuống mức từ 20 đến 30 độ C.

Những nhược điểm này không làm giảm giá trị của pin gel. Dù sao thì, mỗi mét khối pin gel có thể lưu trữ tới 450 kilowatt-giờ điện năng, với trọng lượng chỉ 1,5 tấn, tức là mật độ năng lượng trung bình là 0,3 kilowatt-giờ trên mỗi kilogram.

Mật độ năng lượng này ở mức nào? Pin lithium iron phosphate có mật độ khoảng 0,16 đến 0,2 kilowatt-giờ trên mỗi kilogram; pin bán rắn có mật độ khoảng 0,28 đến 0,4 kilowatt-giờ trên mỗi kilogram; còn pin rắn hoàn toàn thì có mật độ khoảng 0,5 đến 0,7 kilowatt-giờ trên mỗi kilogram. Điều này có nghĩa là mật độ năng lượng của pin gel gần tương đương với pin bán rắn.

Tuy nhiên, pin gel có một ưu điểm lớn, đó là chi phí sản xuất của nó rất thấp. Nguyên liệu chính để sản xuất pin gel bao gồm vi khuẩn dùng để phóng điện, dầu đậu nành, kali clorua và một số nguyên tố vi lượng khác; cùng với các thành phần như điện cực và vỏ bọc, tính theo giá thị trường hiện tại, chi phí sản xuất mỗi mét khối pin gel chỉ khoảng 3.500 nhân dân tệ. Con số này thấp hơn nhiều so với chi phí sản xuất pin lithium iron phosphate, which là 30.000 nhân dân tệ mỗi tấn, chưa kể đến các loại pin rắn có giá thành cao hơn nhiều, lên tới trên 200.000 nhân dân tệ mỗi tấn.

Hơn nữa, pin gel còn rất thân thiện với môi trường! Khi pin gel hết tuổi thọ, dầu đậu nành có thể được tái chế để sản xuất biodiesel, còn vi khuẩn thì có thể được nghiền nát để sử dụng làm phân bón hữu cơ. Điều này không chỉ giúp tránh ô nhiễm môi trường mà còn giúp tiết kiệm chi phí xử lý rác thải, thậm chí còn có thể thu lại một phần chi phí sản xuất.

Mặc dù tuổi thọ sử dụng của pin gel chỉ khoảng 600 lần sạc/xả, thấp hơn nhiều so với 2.000 lần của pin lithium iron phosphate, nhưng giá thành của nó thực sự rất rẻ. Chi phí sản xuất 1 tấn pin lithium iron phosphate đủ để sản xuất tới 8,5 mét khối, tức là 12,75 tấn pin gel. Vì vậy, khi pin gel hết tuổi thọ, việc thay thế nó không quá tốn kém.

Trong khi đó, các loại pin khác cần sử dụng nhiều nguyên tố hiếm, điều này không chỉ làm tăng chi phí sản xuất mà còn gia tăng rủi ro cho chuỗi sản xuất. Thực tế, nguồn cung các nguyên tố hiếm trong nước hiện vẫn còn hạn chế, và bất kỳ biến động nào ở thị trường quốc tế đều có thể khiến chi phí sản xuất tăng vọt.

Ngược lại, nguyên liệu chính để sản xuất pin gel là đậu nành