Nâng cao hiệu quả của máy phát điện nano thu điện tĩnh
bởi Nhà xuất bản Đại học Thanh Hoa
Biểu đồ này cho thấy sơ đồ của máy phát điện nano ba điện dung có điện dung không đổi, cơ chế hoạt động của thiết bị với hai bề mặt cọ xát vào nhau và công suất đầu ra của thiết bị. Ảnh: Nghiên cứu Nano
Năng lượng ba điện là thuật ngữ khoa học để chỉ tĩnh điện, hoặc năng lượng được tạo ra khi hai bề mặt cọ xát vào nhau. Các electron được trao đổi giữa hai bề mặt, nạp điện cho một trong các bề mặt sau khi chúng tách ra.
Ví dụ, nếu một quả bóng bị cọ xát với tóc, nó sẽ bám vào tường. Hoặc nếu quần áo trong máy sấy cọ xát với nhau, bạn có thể thấy tia lửa khi kéo chúng ra xa nhau. Máy phát điện ba vòng là loại máy thu năng lượng cơ học có thể tạo ra điện từ hai bề mặt cọ xát vào nhau. Những máy phát điện nhỏ này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử đeo được, cảm biến và các công nghệ tiên tiến khác.
Trong một bài báo mới, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về một phương pháp mới để thiết kế máy phát điện nano ba điện với điện dung cố định không đổi. Hiện tại, các máy phát điện nano này sử dụng điện dung vốn có phụ thuộc vào thời gian, nhưng nghiên cứu cho thấy rằng sự thay đổi này có thể làm tăng hiệu quả chuyển đổi năng lượng của chúng.
Bài báo được xuất bản vào ngày 26 tháng 10 trên tạp chí Nano Research.
Youfan Hu, giáo sư tại Trường Điện tử thuộc Đại học Bắc Kinh, Trung Quốc, cho biết: “Máy phát điện nano ba vòng có thể cung cấp một phương pháp khả thi để chuyển đổi cơ năng thành điện năng. "Với hiệu quả và độ nhạy được cải thiện, ngay cả năng lượng cơ học rất yếu 'ẩn' trong môi trường cũng có thể bị bắt và tận dụng."
Điện dung là khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện của máy phát điện nano. Để chứng minh rằng điện dung cố định không đổi có thể hoạt động, trước tiên, các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình toán học để phân tích tiềm năng của các máy phát điện nano ba điện có điện dung cố định không đổi. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một phiên bản của máy phát điện nano để kiểm tra hiệu quả của nó và so sánh nó với điện dung vốn có phụ thuộc vào thời gian hiện có.
Các tụ điện được sạc bằng cách sử dụng ba kiểu mạch điều hòa công suất khác nhau để kiểm tra hiệu suất của hai máy phát điện nano ba cực khác nhau.
Họ phát hiện ra rằng cả hai máy phát điện nano ba điện đều hoạt động tốt hơn trên mạch công suất sóng đầy đủ, nhưng các máy phát điện nano ba điện dung có điện dung cố định không đổi có thể lưu trữ điện tích xấp xỉ hai lần so với các máy phát điện nano ba điện dung có điện dung vốn có phụ thuộc vào thời gian.
Điều này mang lại lợi thế lớn cho các máy phát điện nano ba cực điện có điện dung không đổi. Họ cũng phát hiện ra rằng dạng máy phát điện nano này có thể sạc rất nhanh.
Ông Hu cho biết: “Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng các máy phát điện nano tribonoid với thiết kế điện dung không đổi sẽ hiệu quả hơn trong việc thu năng lượng cơ học từ môi trường và phân phối tải.
Cuối cùng, để chứng minh cách loại máy phát điện nano ba điện này có thể được sử dụng trong một ứng dụng trong thế giới thực, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một máy đo gió dựa trên công nghệ của họ. Máy đo gió đo tốc độ và hướng gió.
Khi động năng của gió làm di chuyển các cốc trên máy đo gió, máy phát điện nano ba điện có thể biến thông tin đó thành tín hiệu điện, có thể được xử lý như các phép đo tốc độ gió. Máy đo gió có thể xử lý thông tin trong thời gian thực và gửi cho các nhà nghiên cứu.
Kiểu máy phát điện nano ba cực này cũng dễ sản xuất và dễ thiết kế, vì vậy sắp tới, các nhà nghiên cứu sẽ nghiên cứu cách làm cho thiết bị này trở nên thực tế hơn nữa để có thể áp dụng cho nhiều loại thiết bị. Họ cũng sẽ nghiên cứu cách cải thiện hiệu quả của nó hơn nữa. Hu cho biết: "Bước tiếp theo là thu nhỏ thiết bị và tối ưu hóa các mạch quản lý điện năng. Cuối cùng, các máy phát điện nano tribonoid sẽ có thể hoạt động trong một hệ thống điện tử tích hợp với kích thước nhỏ".
