Sự phát triển mạnh mẽ của internet vạn vật (IoT) và các thiết bị điện tử nhỏ thúc đẩy nhu cầu ngày càng cao về các nguồn năng lượng di động. Giải pháp sản xuất điện là thu năng lượng từ môi trường như nhiệt năng, năng lượng mặt trời hoặc năng lượng cơ học. Để thu năng lượng cơ học - năng lượng mà vật thể sản sinh từ sự thay đổi vị trí và chuyển động - các nhà khoa học phát triển máy phát điện nano triboelectric, có thể tạo ra điện bằng ma sát.
GS Sangmin Lee tại Đại học Chung-ang, Hàn Quốc cho biết, máy phát điện nano triboelectric là công cụ hiệu quả nhất thu năng lượng cơ học do sản lượng điện cao, chi phí thấp và khả năng dễ dàng tiếp cận người tiêu dùng.
Máy phát điện triboelectric tích điện khi hai vật liệu khác nhau tiếp xúc và tách ra. Nhưng sự ma sát giữa hai chất liệu khác nhau sẽ gây ra hư hỏng, giảm tuổi thọ thiết bị.
Sử dụng chất lỏng có thể làm giảm ma sát, nhưng máy phát điện bằng chất lỏng có công suất điện thấp hơn đáng kể so với máy phát điện thể rắn. Ngoài ra cần phải có cấu trúc phù hợp giữa việc thiết bị đủ lớn để chất lỏng di chuyển và tạo ra điện, nhưng phải đảm bảo thiết bị đủ nhỏ gọn để có thể mang theo người.
Máy phát điện gậy cầm tay có thể được sử dụng để cấp nguồn cho dùi cui đèn giao thông. Ảnh Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Hàn Quốc.
Thiết kế và điện năng của máy phát điện dạng gậy ngắn dùng nước. Ảnh Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Hàn Quốc.
Giải quyết những vấn đề này, các nhà khoa học tại Đại học Chung-ang, phối hợp với các đồng nghiệp ở Hàn Quốc và Mỹ phát triển một loại máy phát điện sử dụng nước nhẹ, nhỏ gọn, tạo ra điện năng khi rung động. Công nghệ được công bố trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Vật liệu Tiên tiến.
Thiết bị phát điện có thiết kế đơn giản như một chiếc gậy ngăn, 10ml nước, một xi lanh polymer và các điện cực. Vật liệu polyme của xi lanh chứa tích điện âm. Nước di chuyển lên xuống khi thiết bị rung lắc, thu được điện tích dương, chuyển đến các điện cực để tạo ra điện năng công suất cao.
Do có cơ chế và thiết kế đơn giản, thiết bị nhỏ và nhẹ này có thể được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày. Năng lượng điện được sản xuất đơn giản chỉ bằng cách đổ nước vào máy phát điện rồi lắc.
Các nhà nghiên cứu thử nghiệm nhiều thiết kế khác nhau, thay đổi kích thước và tỷ lệ của các điện cực, không gian vật lý giữa các điện cực và lượng nước để xác định sự kết hợp tối ưu. Cấu trúc máy phát gậy ngắn cầm tay có thể tạo ra điện thế cao đến 710 vôn khi có đủ không gian cho chuyển động của nước và diện tích điện cực lớn.
Máy phát điện đủ cấp nguồn cho 100 đèn LED, có thể được sử dụng như một chiếc dùi cui đèn an toàn giao thông chiếu sáng. Nghiên cứu này cũng chứng minh được tiềm năng của các máy phát điện nano triboelectric có thể được sử dụng cho rất nhiều những ứng dụng dân sự.
