Các nhà nghiên cứu đến từ trường Pennsylvania State University (Mỹ) cho biết họ đã phát triển thành công một công nghệ mới, có khả năng lợi dụng sự di chuyển của các ngón tay người dùng trên màn hình cảm ứng của điện thoại để tạo ra điện năng. Với ý tưởng này, nhóm nghiên cứu hy vọng công nghệ của họ có thể đáp ứng được khoảng 40% nhu cầu năng lượng của một chiếc smartphone cũng như máy tính bảng trong tương lai.
Được biết, nghiên cứu này được tài trợ một phần bởi công ty điện tử Samsung. Rõ ràng, đây là điều cần thiết bởi lẽ nhà sản xuất Hàn Quốc đang cần các giải pháp năng lượng thay thế dành cho những thiết bị của mình, sau sự cố đáng tiếc xảy ra trên Galaxy Note 7 mà nguyên nhân của vấn đề được cho là xuất phát từ viên pin Lithium-ion. Giải pháp của các chuyên gia đến từ Đại học bang Pennsylvania là một trong những cách mới trong việc tạo ra điện từ “năng lượng cơ học”, trong đó phải kể đến như gió, sóng biển, chuyển động của bánh xe hay thậm chí những cử động hàng ngày của con người.
Cho đến nay, đã có một số thành công nhất định trong lĩnh vực này, chẳng hạn như sự ra đời của các thiết bị với khả năng chuyển năng lượng cơ học thành điện, bao gồm thiết bị đeo thông minh, thiết bị y sinh hoặc các sản phẩm thuộc hệ sinh thái "Internet of Things”.
Thông thường, những phát minh này được phát triển dựa trên hiệu ứng áp điện - một hiện tượng vật lý xảy ra với các chất hóa học nhất định, có khả năng tạo ra điện tích khi dùng lực cơ học (nén, xoắn, bóp méo) tác dụng vào nó. Vấn đề đối với phương pháp tạo ra điện này là nó chỉ hoạt động với hiệu suất tốt nhất ở tần số cao, nghĩa là lớn hơn 10 dao động mỗi giây. Ở các tần số thấp hơn, hiệu suất giảm đi đáng kể. Trong điều kiện tự nhiên, rất khó để tìm thấy dao động có tần số đáp ứng được như vậy.
Qing Wang, giáo sư ngành kỹ thuật điện thuộc nhóm nghiên cứu cho biết dự án trên được thực hiện chính là nhằm giải quyết thách thức này. “Ý tưởng của chúng tôi là thiết lập một giải pháp đặc biệt nhằm biến chuyển động tần số thấp thành điện năng”, ông nói. Để thực hiện, nhóm các nhà khoa học đến từ nhiều ngành khác nhau đã tìm cách thích hợp nhằm gia tăng hiệu quả của thiết bị biến năng, bộ phận giúp chuyển một dạng năng lượng này thành một dạng năng lượng khác. Nếu thành công, phương pháp của họ có thể làm gia tăng đáng kể mức năng lượng khai thác được từ môi trường.
Giải pháp sau cùng chính là một bộ chuyển đổi năng lượng cơ học được phát triển dựa trên một loại điện cực hữu cơ dễ uốn nắn và linh hoạt. Cụ thể, bộ chuyển được tạo thành từ 2 điện cực nanocomposite với các điện tích trái dấu được ngăn cách nhau bởi một lớp màng polycarbonate. Các điện cực này được mô tả như một ma trận polymer chứa đầy các ống nano carbon và chất lỏng ion. Các ống nano này đóng vai trò cải thiện tính dẫn điện và độ bền cơ học của các điện cực.
Điều kì diệu xảy ra khi một có một lực, chẳng hạn như lực ấn từ ngón tay được tác dụng lên sản phẩm, các ion sẽ khuếch tán qua màng ngăn, tạo ra dòng điện một chiều liên tục. Cùng lúc đó, các bộ phận bên trong thiết bị này cũng tạo ra các ion đối lập cho đến khi đạt trạng thái cân bằng. Một chu kỳ như vậy được hoàn thành dưới tần số 1/10 Hertz, hay một lần mỗi 10 giây.
Nhóm nghiên cứu cho biết công suất cực đại của thiết bị nhìn chung lớn hơn hoặc tương đương với các máy phát điện dựa trên hiệu ứng áp điện. “Ngay thời điểm này, ở tần số thấp, không có thiết bị nào khác có thể làm tốt hơn vậy”, Wang cho biết. "Đó là lý do tại sao tôi nghĩ rằng ý tưởng này khá thú vị”. Các nhà nghiên cứu tin rằng thiết bị của họ có thể mở đường cho một hệ thống thu năng lượng có thể cung cấp điện cho các thiết bị điện tử.
Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu dự định sẽ nâng cao hiệu suất đạt được và tích hợp nó vào smartphone hay tablet. “Do được làm từ polymer, thiết bị vừa linh hoạt vừa nhẹ nhàng", Wang nói. "Khi lắp vào một chiếc điện thoại thông minh, chúng tôi hy vọng nó sẽ cung cấp 40% năng lượng cần thiết. Khi nhu cầu đối với pin ít hơn, các vấn đề an toàn về pin sẽ được giải quyết”.
Được biết, nghiên cứu này được tài trợ một phần bởi công ty điện tử Samsung. Rõ ràng, đây là điều cần thiết bởi lẽ nhà sản xuất Hàn Quốc đang cần các giải pháp năng lượng thay thế dành cho những thiết bị của mình, sau sự cố đáng tiếc xảy ra trên Galaxy Note 7 mà nguyên nhân của vấn đề được cho là xuất phát từ viên pin Lithium-ion. Giải pháp của các chuyên gia đến từ Đại học bang Pennsylvania là một trong những cách mới trong việc tạo ra điện từ “năng lượng cơ học”, trong đó phải kể đến như gió, sóng biển, chuyển động của bánh xe hay thậm chí những cử động hàng ngày của con người.
Cho đến nay, đã có một số thành công nhất định trong lĩnh vực này, chẳng hạn như sự ra đời của các thiết bị với khả năng chuyển năng lượng cơ học thành điện, bao gồm thiết bị đeo thông minh, thiết bị y sinh hoặc các sản phẩm thuộc hệ sinh thái "Internet of Things”.
Thông thường, những phát minh này được phát triển dựa trên hiệu ứng áp điện - một hiện tượng vật lý xảy ra với các chất hóa học nhất định, có khả năng tạo ra điện tích khi dùng lực cơ học (nén, xoắn, bóp méo) tác dụng vào nó. Vấn đề đối với phương pháp tạo ra điện này là nó chỉ hoạt động với hiệu suất tốt nhất ở tần số cao, nghĩa là lớn hơn 10 dao động mỗi giây. Ở các tần số thấp hơn, hiệu suất giảm đi đáng kể. Trong điều kiện tự nhiên, rất khó để tìm thấy dao động có tần số đáp ứng được như vậy.
Qing Wang, giáo sư ngành kỹ thuật điện thuộc nhóm nghiên cứu cho biết dự án trên được thực hiện chính là nhằm giải quyết thách thức này. “Ý tưởng của chúng tôi là thiết lập một giải pháp đặc biệt nhằm biến chuyển động tần số thấp thành điện năng”, ông nói. Để thực hiện, nhóm các nhà khoa học đến từ nhiều ngành khác nhau đã tìm cách thích hợp nhằm gia tăng hiệu quả của thiết bị biến năng, bộ phận giúp chuyển một dạng năng lượng này thành một dạng năng lượng khác. Nếu thành công, phương pháp của họ có thể làm gia tăng đáng kể mức năng lượng khai thác được từ môi trường.
Giải pháp sau cùng chính là một bộ chuyển đổi năng lượng cơ học được phát triển dựa trên một loại điện cực hữu cơ dễ uốn nắn và linh hoạt. Cụ thể, bộ chuyển được tạo thành từ 2 điện cực nanocomposite với các điện tích trái dấu được ngăn cách nhau bởi một lớp màng polycarbonate. Các điện cực này được mô tả như một ma trận polymer chứa đầy các ống nano carbon và chất lỏng ion. Các ống nano này đóng vai trò cải thiện tính dẫn điện và độ bền cơ học của các điện cực.
Điều kì diệu xảy ra khi một có một lực, chẳng hạn như lực ấn từ ngón tay được tác dụng lên sản phẩm, các ion sẽ khuếch tán qua màng ngăn, tạo ra dòng điện một chiều liên tục. Cùng lúc đó, các bộ phận bên trong thiết bị này cũng tạo ra các ion đối lập cho đến khi đạt trạng thái cân bằng. Một chu kỳ như vậy được hoàn thành dưới tần số 1/10 Hertz, hay một lần mỗi 10 giây.
Nhóm nghiên cứu cho biết công suất cực đại của thiết bị nhìn chung lớn hơn hoặc tương đương với các máy phát điện dựa trên hiệu ứng áp điện. “Ngay thời điểm này, ở tần số thấp, không có thiết bị nào khác có thể làm tốt hơn vậy”, Wang cho biết. "Đó là lý do tại sao tôi nghĩ rằng ý tưởng này khá thú vị”. Các nhà nghiên cứu tin rằng thiết bị của họ có thể mở đường cho một hệ thống thu năng lượng có thể cung cấp điện cho các thiết bị điện tử.
Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu dự định sẽ nâng cao hiệu suất đạt được và tích hợp nó vào smartphone hay tablet. “Do được làm từ polymer, thiết bị vừa linh hoạt vừa nhẹ nhàng", Wang nói. "Khi lắp vào một chiếc điện thoại thông minh, chúng tôi hy vọng nó sẽ cung cấp 40% năng lượng cần thiết. Khi nhu cầu đối với pin ít hơn, các vấn đề an toàn về pin sẽ được giải quyết”.
Tham khảo: NewAtlas
