Một nhóm nghiên cứu đa quốc gia, bao gồm các nhà khoa học từ trung tâm DESY và Đại học Công nghệ Hamburg (Đức), vừa công bố một thiết bị phát điện ma sát (triboelectric nanogenerator) hoàn toàn mới. Thay vì sử dụng các hóa chất độc hại hay kim loại quý hiếm, thiết bị này tạo ra dòng điện từ hai thành phần phổ biến nhất trên Trái Đất là silicon và nước.
Ảnh minh họa.
Cơ chế "vắt" ra điện mới nhờ ma sát
Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên hiệu ứng điện ma sát – hiện tượng tương tự như việc bạn bị tích điện khi đi vớ trên thảm. Tuy nhiên, thay vì đế giày cọ xát với mặt sàn, ở đây là dòng nước di chuyển cọ xát với bề mặt vật liệu rắn.
Các nhà khoa học đã chế tạo một cấu trúc silicon đặc biệt khi có thể vừa dẫn điện, vừa không thấm nước (kỵ nước), lại vừa chứa đầy các lỗ rỗng kích thước nano. Khi có áp lực cơ học tác động, nước bị ép chảy vào và ra khỏi mạng lưới lỗ rỗng này. Quá trình ma sát giữa nước và bề mặt silicon tại các lỗ nano sẽ tạo ra điện tích, và thiết bị sẽ thu giữ nguồn năng lượng này để cấp cho các thiết bị điện tử.
Quy trình hoạt động của nguồn năng lượng tạo ra từ nước và silicon.
Hiệu suất kỷ lục và vật liệu rẻ tiền
Điểm "ăn tiền" nhất của nghiên cứu này nằm ở hiệu suất. Nhóm tác giả tuyên bố thiết bị đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới 9%. Đây là con số kỷ lục đối với dòng máy phát điện ma sát dùng chất lỏng, biến một ý tưởng phòng thí nghiệm trở thành giải pháp thực tế cho đời sống.
Việc sử dụng silicon – chất bán dẫn phổ biến nhất thế giới – và nước giúp công nghệ này có chi phí sản xuất thấp và dễ dàng mở rộng quy mô công nghiệp, khác hẳn với các giải pháp năng lượng tái tạo đắt đỏ khác.
Công nghệ này mở ra cánh cửa cho các thiết bị "tự duy trì hoạt động" (autonomous). Hãy tưởng tượng những bộ quần áo thông minh theo dõi sức khỏe lấy điện từ mồ hôi và chuyển động cơ thể, hay các robot xúc giác tự sạc điện mỗi khi chạm vào vật thể.
Đặc biệt, nhóm nghiên cứu gợi ý về việc tích hợp thiết bị này vào hệ thống treo (giảm xóc) của ô tô. Những rung động và va đập lãng phí khi xe chạy trên đường gập ghềnh sẽ được chuyển hóa thành điện năng để nuôi các cảm biến an toàn, giúp xe vận hành thông minh hơn mà không tốn thêm nhiên liệu.
Đây là một phần trong làn sóng "thu hoạch năng lượng" (energy harvesting) đang bùng nổ trên toàn cầu, tương tự như dự án dùng cửa soát vé tàu điện ngầm để phát điện tại Pháp. Với bước tiến này, những chuyển động cơ học đời thường không còn là tiếng ồn vô nghĩa, mà chính là nguồn năng lượng xanh của tương lai.
