ANH – Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nano Energy, các nhà khoa học đến từ đại học Queen Mary (Queen Mary university of London), đại học Warwick (university of Warwick), đại học Imperial college London và đại học Universitas Mercatorum, đã phát triển thành công một thiết bị phát điện từ hơi ẩm (MEG – moisture-electric generator) có độ ổn định cao và khả năng tự phân hủy sinh học.

Thiết bị này được chế tạo từ các nguyên liệu dùng trong thực phẩm bao gồm gelatin, natri clorua (muối ăn) và than hoạt tính. Nó tận dụng chính độ ẩm của không khí, yếu tố vốn luôn gây tổn hại cho các thiết bị điện tử, để làm nguồn năng lượng hoạt động.

Hướng đi này đánh dấu một bước thay đổi quan trọng trong tư duy thiết kế phần cứng: biến độ ẩm trong khí quyển từ một yếu tố gây hại thành một nguồn năng lượng đầu vào có ích.

Giải pháp xanh thay thế nguồn năng lượng truyền thống
Trong bối cảnh rác thải điện tử trên thế giới không ngừng tăng cao, bước tiến này mang lại một giải pháp thay thế tiềm năng, ít tác động đến môi trường hơn so với pin và các hệ thống năng lượng truyền thống. Thiết bị MEG được sản xuất qua một quy trình đơn giản dựa trên dung môi nước, sử dụng các nguyên liệu phổ biến và không độc hại, góp phần thúc đẩy xu hướng phát triển điện tử bền vững và tuần hoàn.

Công nghệ này hoạt động bằng cách hấp thụ các phân tử nước từ không khí xung quanh hoặc từ da của con người. Khi dung dịch gelatin muối khô đi, nó tự sắp xếp cấu trúc thành ba lớp phân tách. Lúc tiếp xúc với độ ẩm, cấu trúc này cho phép các ion dịch chuyển bên trong vật liệu, tạo ra dòng điện ổn định và liên tục gần 1 volt trên mỗi đơn vị (một cell phát điện) trong thời gian kéo dài hơn 30 ngày.

Bằng cách kết nối nhiều đơn vị nối tiếp với nhau, nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng nâng cấp hiệu suất đến 90 volt và 5,08 mA. Công suất này đủ để cấp nguồn cho các thiết bị điện tử nhỏ, như một dây đèn led gồm 40 bóng.

Tiến sĩ Ming Dong, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại khoa kỹ thuật và khoa học vật liệu thuộc đại học Queen Mary London, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ: “Việc tạo ra điện áp cao thường cần quy trình chế tạo phức tạp hoặc các vật liệu hiếm. Nghiên cứu này chứng minh rằng có thể đạt được hiệu suất mạnh mẽ bằng những thành phần đơn giản và bền vững. Bằng cách kết hợp gelatin và muối, nhóm đã tạo ra một máy phát điện hoạt động với nguồn năng lượng duy nhất là độ ẩm của môi trường.”

Tính năng kép: phát điện và cảm biến
Không chỉ dừng lại ở việc thu hoạch năng lượng, loại vật liệu này còn cho thấy tiềm năng lớn trong vai trò một cảm biến nhạy bén, tương thích tốt với da người. Do dòng điện đầu ra phản hồi linh hoạt trước những thay đổi nhỏ của độ ẩm, hệ thống có thể phát hiện các tín hiệu sinh lý liên quan đến sự biến thiên hơi nước.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh thiết bị có thể theo dõi nhịp thở theo thời gian thực và nhận biết các thay đổi khi con người nói chuyện thông qua lượng hơi ẩm thoát ra. Ngoài ra, thiết bị còn cho thấy tiềm năng ứng dụng trong cảm biến tiệm cận không tiếp xúc (touchless proximity sensing). Điều này mở ra nhiều cơ hội tích hợp vào các hệ thống giám sát sức khỏe đeo trên người và giao diện người – máy (HMI) (*) mà không cần đến pin kèm theo.
(*) Human-machine interface: là bất kỳ thiết bị, màn hình hoặc hệ thống nào cho phép con người kết nối, tương tác và điều khiển máy móc, thiết bị hoặc hệ thống công nghệ.

Khả năng tự phân hủy sinh học ngay từ khâu thiết kế
Một lợi thế cốt lõi của công nghệ này nằm ở đặc tính thân thiện với môi trường sau khi hết vòng đời sử dụng. Khác với các thiết bị điện tử truyền thống vốn phụ thuộc vào nhựa và kim loại nặng, thiết bị MEG được thiết kế để có thể tự phân hủy một cách an toàn.

Sau khi sử dụng, thiết bị có thể tự phân hủy sinh học trong đất chỉ trong vòng vài tuần, hoặc hòa tan hoàn toàn trong nước. Điều này cho phép thu hồi và tái sử dụng các thành phần cấu tạo mà không cần đến các hóa chất độc hại. Nhờ đó, công nghệ này trở thành một nhân tố tiềm năng đóng góp vào ngành điện tử tuần hoàn, nơi các vật liệu có thể quay trở lại môi trường một cách an toàn hoặc được tái chế triệt để.

Tiến sĩ Dimitrios Papageorgiou, tác giả chịu trách nhiệm chính của nghiên cứu, chia sẻ: “Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là định hình lại cách thiết kế và sản xuất các vật liệu điện tử. Nghiên cứu này chứng minh rằng các thiết bị năng lượng hiệu suất cao hoàn toàn có thể được chế tạo từ những nguồn nguyên liệu giá thành thấp và thân thiện với môi trường. Khả năng tạo ra sản lượng điện thực tế từ một hệ thống dựa trên gelatin đã khẳng định tiềm năng mở rộng quy mô lớn của hướng tiếp cận này.”

Để xem các tin bài khác về “Thiết bị phát điện”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online