Khai thác năng lượng từ ngón tay để cung cấp cho thiết bị cảm ứng

Nghiên cứu là một bước tiến lớn trong việc tìm kiếm những phương thức mới để sản xuất điện từ "năng lượng cơ học" - những chuyển động vốn có trong gió, sóng biển, bánh xe và ngay cả những chuyển động thường ngày của con người.

Cho đến nay, việc khai thác năng lượng cơ học đã đạt một số thành công nhất định. Các thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện đã được sử dụng rộng rãi để cấp điện cho các thiết bị điện tử, thiết bị y sinh và những thiết bị trong Mạng lưới thiết bị kết nối Internet đang phát triển. Thông thường, các phát minh này dựa vào hiệu ứng áp điện - khả năng một số vật liệu và chất sinh ra điện tích để phản ứng với ứng suất cơ học như nén, xoắn hoặc bóp méo.

Vấn đề đối với việc chuyển đổi năng lượng áp điện là nó hoạt động tốt nhất ở tần số cao hơn 10 rung động mỗi giây. Hiệu suất có xu hướng giảm đi mạnh ở tần số thấp. Các chuyển động ở tần số cao như vậy tương đối khó diễn ra trong tự nhiên, mà phổ biến là các chuyển động tần số thấp.

Qing Wang, Giáo sư kỹ thuật điện cho rằng dự án nghiên cứu nhằm giải quyết thách thức này thông qua thiết kế đặc biệt phương thức biến đổi chuyển động tần số thấp thành điện năng.

Nhóm nghiên cứu đã tìm cách điều chỉnh hiệu suất vận hành của các bộ chuyển đổi biến dạng năng lượng này thành dạng khác sao cho phù hợp với các nguồn rung động để chuyển đổi năng lượng hiệu quả. Nếu thành công, phương pháp này có thể làm tăng đáng kể mức năng lượng được khai thác từ môi trường xung quanh.

Đối với giải pháp này, bộ chuyển đổi năng lượng cơ học dựa vào một loại điốt ion, hữu cơ, dẻo. Thiết bị được tạo thành từ hai điện cực composite nano với các ion di động tích điện trái dấu được phân tách bởi màng polycarbonate. Các điện cực là một ma trận polime chứa đầy với các ống nano cacbon và chất lỏng ion. Các ống nano cải thiện tính dẫn điện và độ bền cơ học của các điện cực.

Điều kỳ diệu đã xảy ra khi sử dụng lực cơ học như ấn ngón tay. Các ion khuếch tán qua màng, sinh ra dòng một chiều liên tục. Đồng thời, điện thế bên trong được tạo thành chống lại hiện tượng khuếch tán ion cho đến khi đạt được sự cân bằng. Toàn bộ chu trình hoạt động ở tần số 1/10 Hertz hoặc 10 giây mỗi lần.

Theo nhóm nghiên cứu, mật độ công suất cao điểm của thiết bị nhìn chung lớn hơn hoặc tương đương với mật độ công suất của các máy phát điện áp hoạt động ở tần số hiệu quả nhất.

Các nhà nghiên cứu tin rằng thiết bị mới có thể mở đường cho ra đời máy khai thác năng lượng quy mô lớn, giúp cấp điện cho các thiết bị điện tử thế hệ mới. Bước tiếp theo là cải tiến hơn nữa khái niệm và tích hợp nó vào điện thoại thông minh và thiết bị máy tính bảng.

N.P.D-NASATI (Theo Newatlas)