Thu hoạch năng lượng lớn từ chuyển động nhỏ

Thu hoạch năng lượng lớn từ chuyển động nhỏ

    Thu hoạch năng lượng lớn từ chuyển động nhỏ
    của Tiến sĩ Peter Sherrell và Giáo sư Amanda Ellis, Đại học Melbourne

    Harvesting big energy from small movement
    Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét của các lớp sợi polylactic acid (trên) và ethylene-vinal axetat (dưới). Ma sát giữa các lớp tạo ra điện. Tín dụng: Đại học Melbourne
    Từ thời Hy Lạp cổ đại, loài người đã biết rằng nếu bạn cho hai vật tiếp xúc với nhau, một lượng điện nhỏ sẽ được tạo ra. Một ví dụ là chúng ta có thể chà một quả bóng bay bằng tóc của mình và tạo ra đủ điện để dán nó lên trần nhà.

    Nguyên tắc tương tự đã được áp dụng cho nghiên cứu mới của chúng tôi được công bố trên tạp chí Small, nghiên cứu này đã phát hiện ra cách sản xuất tạo năng lượng tối ưu giữa các lớp sợi rất nhỏ trong vật liệu.

    Mỗi sợi nhỏ này mỏng hơn khoảng 100 lần so với tóc người. Chúng bao gồm các polyme đang lặp lại các chuỗi của cùng một đơn vị. Trong trường hợp này, chúng tôi đã sử dụng polyme ethylene-vinyl axetat—một trong số những cách sử dụng khác giúp giày chạy bộ có "độ đàn hồi"—và axit polylactic—xuất phát từ cùng một loại axit gây chuột rút cơ sau khi tập thể dục.

    Chúng tôi đã xen kẽ hai loại sợi khác nhau thành các lớp theo một cách rất cụ thể để tạo ra "các lớp mỏng". Những tấm mỏng này được tạo thành từ nhiều lớp siêu nhỏ xếp chồng lên nhau và mỗi miếng dán mỏng được tạo thành từ hàng chục nghìn sợi.

    Bất cứ nơi nào có bất kỳ chuyển động nào xung quanh các lớp sợi, điện được tạo ra từ ma sát giữa mỗi lớp.

    Chúng tôi đã thay đổi kích thước và kết cấu của các lớp sợi này, đồng thời sắp xếp chúng theo những cách rất cụ thể để tối ưu hóa ma sát và điện khí hóa tiếp xúc, đồng thời cuối cùng tạo ra điện tích tối đa.

    Nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh rằng bằng cách sử dụng thứ tự này, chúng tôi có thể tạo ra lượng điện từ chuyển động nhiều hơn khoảng 400 lần so với trước đây có thể tạo ra từ những vật liệu này. Vì chúng tôi luôn có thể giới thiệu nhiều giao diện hơn bằng cách sử dụng các sợi mỏng hơn, nên kiểu tạo năng lượng này rất có thể mở rộng.

    Điều này có những ứng dụng tiềm năng thú vị khi có nhiều chuyển động, nhưng hiện tại nó chỉ ở quy mô rất nhỏ—ví dụ: sử dụng chuyển động của con người để cấp nguồn cho đồng hồ thông minh hoặc sạc lại thiết bị cấy ghép như máy tạo nhịp tim.

    Trong lĩnh vực y sinh, chẳng hạn, có khả năng thu năng lượng từ máu chảy qua động mạch hoặc tĩnh mạch để giữ cho máy bơm insulin hoạt động lâu hơn.

    Khả năng này cũng rất hiệu quả trong lĩnh vực cảm biến, đặc biệt nếu cần đo các rung động rất nhỏ từ môi trường, chẳng hạn như theo dõi hoạt động địa chấn nhỏ hoặc thay đổi trong dòng nước hoặc để cung cấp năng lượng cho cảm biến ở những địa điểm xa xôi mà bạn không thể nhận được rất nhiều ánh nắng mặt trời.

    Trong những trường hợp này, bạn không thể sử dụng pin mặt trời hoặc dễ dàng thay thế pin. Khả năng khai thác năng lượng chỉ từ các rung động trong lòng đất để giữ cho Internet và cơ sở hạ tầng quan trọng khác hoạt động có tiềm năng đáng kể.


    Tấm laminate phát điện này có thể tạo ra lượng điện gấp 400 lần so với các vật liệu khác. Tín dụng: Đại học Melbourne
    làm cán mỏng
    Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác của Giáo sư Andris Sutka tại Đại học Kỹ thuật Riga ở Latvia bằng cách sử dụng một quy trình gọi là quay điện để tạo ra các sợi polyme. Bằng cách điều chỉnh công cụ quay điện, chúng tôi có thể điều chỉnh loại polyme mà chúng tôi sẽ kéo ra và độ dày của nó.

    Một trong những thách thức của nghiên cứu là sắp xếp và kiểm soát cách các lớp polyme tương tác với nhau. Rất khó để kiểm soát cách mỗi sợi rung so với sợi kia và nếu bạn sắp xếp sai thứ tự, điện năng tạo ra sẽ bị triệt tiêu.

    Một thách thức khác là các polyme rất mềm và có thể dễ dàng biến dạng. Vì vậy, khi chúng ta cố gắng nhìn vào bên trong vật liệu để đánh giá cấu trúc, chúng có thể bị chảy hoặc vỡ. Điều này làm cho việc xác định đặc tính của vật liệu trở nên khó khăn và quá trình tạo ra các lớp mỏng polyme nhỏ bằng kính hiển vi này diễn ra rất chậm.

    Một giải pháp hiện đại cho một vấn đề cổ xưa
    Bất chấp những thách thức này, chúng ta đã đi một chặng đường rất dài kể từ khi người Hy Lạp cổ đại hiểu biết đầu tiên về điện tích.

    Nghiên cứu của chúng tôi trong ba năm qua đã xem xét chất dẻo và cách kiểm soát hóa học để ảnh hưởng đến điện tích. Đó là đỉnh cao của những hiểu biết mới về cách thức nhựa tích điện, được kích hoạt bởi vật lý lượng tử vào những năm 1900 và sự phát triển của thiết bị đo đạc cho phép chúng tôi phát hiện chính xác những gì đang diễn ra—vì chúng tôi cần đo các dòng điện rất nhỏ ở các khoảng thời gian rất chính xác.

    Chúng tôi hiện đang xem xét các cách khác nhau để sử dụng năng lượng mà chúng tôi tạo ra. Nghiên cứu này tạo ra năng lượng gấp 400 lần so với trước đây. Tuy nhiên, nó vẫn là một lượng tương đối nhỏ, vì vậy các ứng dụng sẽ khác nhau để nói là pin mặt trời hoặc các loại phát năng lượng hàng loạt khác.

    Hiện tại, chúng tôi mới chỉ xem xét hai loại nhựa, nhưng còn hàng trăm loại khác sẽ cho phép chúng tôi tạo ra nhiều năng lượng hơn.

    Nhiều khả năng năng lượng được tạo ra sẽ được sử dụng tại nguồn của nó, vì vậy sẽ không làm mất đi nguồn năng lượng nhỏ nhưng quý giá này trong quá trình sử dụng. 

    Ngoài ra còn có các ứng dụng tiềm năng trong việc thu năng lượng âm thanh—nơi bạn thu năng lượng từ những người nói chuyện và rung động.

    Bây giờ chúng tôi biết rằng chúng tôi có thể sử dụng các sợi này và ra lệnh cho chúng tạo ra điện tích, chúng tôi có thể thực hiện các yếu tố hình thức khác nhau, chẳng hạn như lớp lót rỗng bên trong đường ống hoặc lớp đệm có thể ghi lại mức độ rung động mà gói hàng đã vận chuyển đi qua và bắt đầu thiết kế nó để giải quyết các vấn đề khác nhau. Điều này có thể có các ứng dụng nếu chúng ta xem xét việc phủ các đường ống hoặc xây dựng các giá treo để khai thác năng lượng cơ sở hạ tầng chẳng hạn.

    Tiềm năng biến đổi của khám phá này rất thú vị, mặc dù phải mất vài năm nữa khi chúng ta tìm hiểu thêm về cách khai thác năng lượng từ những chuyển động nhỏ để tạo ra những bước tiến lớn.

    Zalo
    Hotline