Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa chế tạo ra một tế bào năng lượng biến đổi trực tiếp cơ năng thành hóa năng, năng lượng này sau đó có thể dự trữ lại và biến đổi thành điện năng theo nhu cầu. Hệ thống mới này không giống như những công nghệ tương tự khác trước tiên biến đổi cơ năng thành điện năng, sau đó dự trữ dưới dạng hóa năng. Bằng cách bỏ qua khâu biến đổi trung gian, đội nghiên cứu cho biết hệ thống của họ hiệu quả hơn. Nếu công nghệ có thể cải tiến thêm nữa, thì nó có thể được sử dụng trong đế giày chẳng hạn, tại đó nó có thể tích điện cho pin điện thoại di động trong khi người mang giày đang đi lại.
Chúng ta đang sử dụng số lượng dụng cụ điện tử ngày một nhiều trong cuộc sống hàng ngày và việc luôn tích điện đầy cho những dụng cụ này có thể là một thách thức. Nhiệm vụ này đặc biệt khó khăn đối với những người lính đánh bộ, họ có thể làm việc trong những khoảng thời gian dài cách xa nguồn cấp điện và do đó phải mang theo số lượng lớn pin nguồn để giữ liên lạc viễn thông, GPS và chạy những dụng cụ khác. Vì thế, các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới dang nghiên cứu những hệ có khả năng phát điện từ chuyển động của cơ thể. Mang dưới chân là chỗ dễ dàng bắt đầu vì người lính đi lại rất nhiều và một lượng nhỏ năng lượng có thể khai thác từ mỗi bước chân bằng cách đặt một dụng cụ phát điện trong đế giày hoặc đế ủng.
Zhong Lin Wang đang cầm các bộ phận của một tế bào năng lượng tự tích điện mới sử dụng chất liệu áp điện để biến đổi trực tiếp cơ năng thành hóa năng. (Ảnh: Gary Meek)
Phương pháp lai
Một vài phương pháp làm cho giày phát điện đã được phát triển, và nay Zhong Lin Wang và các đồng sự tại Viện Công nghệ Georgia vừa sáng tạo ra một công nghệ mới trong đó sự phát điện và dự trữ điện diễn ra trong một đơn vị duy nhất.
Tế bào của họ gồm một cathode làm bằng lithium cobalt oxide và một anode làm bằng ống nano titanium-dioxide mọc vuông góc với bề mặt titanium. Hai điện cực cách nhau bởi một màng mỏng poly(vinylidene fluoride) (PVDF), đó là một chất áp điện. Khi tế bào bị nén, màng PVDF tạo ra một điện tích áp điện, làm các ion lithium chạy từ cathode sang anode. Như vậy biến đổi điện năng thành hóa năng, rồi dự trữ trong lithium titanium oxide. Khi lực nén không còn, tế bào giãn trở lại nhưng hóa năng vẫn còn lưu trữ. Có thể dự trữ nhiều năng lượng hơn trong những chu trình nén liên tiếp. Năng lượng này sau đó có thể lấy lại dưới dạng điện năng bằng cách nối một tải điện giữa anode và cathode, cho phép các ion lithium chạy ngược về cathode, và dụng cụ lại sẵn sàng tích điện.
Cấp điện cho máy tính bỏ túi
Sử dụng lực nén tuần hoàn ở tần số 2,3 Hz, đội nghiên cứu đã có thể tăng điện áp giữa hai điện cực của tế bào lên khoảng 60 mV trong 4 phút. Sau đó tế bào có thể cấp một dòng điện 1 mA trong khoảng 2 phút. Trong khi đây là một năng lượng quá nhỏ khi so với năng lượng cần thiết để tích điện cho pin điện thoại di động, nhưng đội nghiên cứu đã sử dụng vài tế bào ghép nối tiếp để chạy một máy tính điện tử bỏ túi trong thời gian khoảng 10 phút.
Để chứng minh thiết kế tích hợp của họ hoạt động hiệu quả hơn sự phát và dự trữ năng lượng tách rời hai khâu, các nhà nghiên cứu còn chế tạo ra những dụng cụ trong đó những bộ phận tương tự trước tiên được dùng để phát ra điện năng và sau đó sử dụng năng lượng đó làm di chuyển các ion trong một tế bào khác. Một hệ như vậy sinh chưa tới 5 mV trong 4 phút khi chịu sức nén tương đương như dụng cụ tích hợp.
Trong khi công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn rất sớm, Wang tin rằng có nhiều cách nữa có thể tăng cường hiệu quả của nó. Ví dụ, các nhà nghiên cứu tin rằng phần lớn cơ năng của sự nén đang bị tiêu hao trong lớp vỏ thép hình dạng giống như tiền đồng của tế bào, chứ không phải ở màng PVDF.
Tham khảo: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302879t
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: physicsworld.com
