 Thiết bị đeo giúp biến đổi thân nhiệt thành điện

Các chuyên gia tại Mỹ vừa chế tạo thành công loại vải tích điện "lai", có thể cùng lúc tích điện từ ánh nắng và sự chuyển động. Việc kết hợp 2 hình thức tích điện vào một loại vải mở ra hướng đi mới trong chế tạo quần áo có thể cấp điện cho các thiết bị như điện thoại thông minh hoặc hệ thống định vị toàn cầu.

Để tạo ra loại vải trên, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Zhong Lin Wang tại Viện Công nghệ Georgia đã dệt các tế bào quang điện làm từ những sợi polymer nhẹ với các bộ phát điện ma sát nano (kích thước cực kỳ nhỏ) – TENG. Được biết, TENG sử dụng kết hợp hiệu ứng điện ma sát với sự di chuyển điện tích trên dây dẫn để tạo ra một lượng điện nhỏ từ các chuyển động cơ học như xoay vòng, trượt hoặc rung. Còn ở khả năng tích điện từ ánh nắng, nhóm nghiên cứu sử dụng các điện cực quang anốt (photoanode) ở dạng dây để có thể dệt xen với các loại sợi khác.

Kết cấu vải tích điện “lai” và ứng dụng làm dây đeo tay thời trang. Ảnh: Gatech

Trong thử nghiệm thực tế, nhóm nghiên cứu dùng một miếng vải "lai" cỡ giấy A4 như một cây cờ nhỏ và gắn vào cửa sổ của một chiếc xe hơi. Tấm vải liên tục phất phơ trong gió đã tạo ra được một lượng điện đáng kể dù xe đang chạy trong một ngày trời nhiều mây, ít nắng. "Điều đó cho thấy vải có khả năng hoạt động tốt ngay cả trong điều kiện thời tiết kém" - Giáo sư Wang nói. Tính toán cho thấy một tấm vải diện tích 4x5cm có thể sạc cho tụ điện 2MF tới 2 volt/phút khi chuyển động dưới ánh nắng.

Theo Giáo sư Wang, vật liệu chính của vải tích điện làm từ loại polymer thông dụng nên rẻ tiền và thân thiện môi trường, còn các điện cực được tạo ra bằng một qui trình ít tốn kém nên cho phép chúng ta sản xuất số lượng lớn. Ngoài ra, loại vải mỏng chỉ 320 micromét (1 µm = 1/triệu mét) có thể dệt xen với các loại sợi khác cũng có tiềm năng ứng dụng làm màn cửa, lều hoặc phụ kiện thời trang.

 Cũng trong nỗ lực khai thác nguồn năng lượng mới, các nhà nghiên cứu tại Đại học Bắc Carolina (NCSU-Mỹ) đã chế tạo một thiết bị đeo mới vừa gọn nhẹ, vừa thoải mái và hiệu quả hơn hẳn các loại máy phát nhiệt điện (TEG) hiện nay.

TEG – thiết bị chuyển hóa nhiệt độ cơ thể thành điện – hoạt động bằng cách khai thác sự khác biệt nhiệt độ giữa làn da của người mặc và không khí xung quanh, nên nhóm nghiên cứu đã tích hợp sản phẩm của họ vào những chiếc áo thun và băng đeo tay (ảnh) để tích nhiệt tại những vị trí này của cơ thể. Về cấu tạo, máy phát nhiệt điện khá nhỏ (rộng 1cm2, dày 2mm) và mềm dẻo, nên có thể ôm sát làn da. Trong thiết bị, một lớp dẫn nhiệt tiếp xúc với da và hấp thụ nhiệt, rồi chuyển nó vào máy phát điện nhỏ bên trong. Lượng nhiệt này không bị hao hụt khi truyền tải nhờ được bảo vệ bởi một lớp polyme có sẵn. Giống như các loại TEG khác, điện được tạo ra không quá lớn, nhưng đủ vận hành các thiết bị điện năng thấp, chẳng hạn như thiết bị đeo giám sát sức khỏe.

Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Applied Energy (Năng lượng Ứng dụng), máy phát điện nằm giữa ngực áo hoạt động khá tốt, tạo ra khoảng 6 microwatt (μW)/cm2 trong điều kiện bình thường, hoặc tới 16 μW/cm2 khi tập thể dục. Nhưng TEG trên băng đeo tay còn hiệu quả hơn khi tạo ra khoảng 20 μW/cm2, được cho là vì bắp tay sinh nhiệt tốt nhất.

Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là làm cho công nghệ đeo trên người có thể được dùng vào việc theo dõi sức khỏe lâu dài, chẳng hạn như các thiết bị giúp theo dõi tim mạch hoặc những biến đổi về thể chất và môi trường để dự đoán và ngăn ngừa cơn hen suyễn. "Để làm được vậy, chúng tôi muốn tạo ra các thiết bị không lệ thuộc vào pin. Và chúng tôi nghĩ rằng thiết kế nguyên mẫu này đưa chúng ta gần hơn tới việc biến điều đó thành hiện thực" – theo Daryoosh Vashaee, đồng tác giả nghiên cứu.

THẢO NGUYÊN - HOÀNG ĐIỂU (Theo Gatech, New Atlas)