Mới đây, các nhà khoa học tại Đại học Hàng hải Đại Liên đã sáng chế thành công một mô hình máy phát điện mới cho phép biến chuyển động của sóng thành điện và cung cấp năng lượng cho các thiết bị ngoài biển.

Theo chia sẻ của các nhà khoa học tại Đại học Hàng hải Đại Liên, nhằm giúp tàu thuyền định hướng, đồng thời giám sát chất lượng nước, hiện đang có nhiều khu vực ven biển lắp đặt mạng lưới cảm biến thu thập thông tin về dòng chảy, thủy triều và độ trong của nước. Những hệ thống này chủ yếu chạy bằng pin và thường xuyên phải thay pin, gây tốn thời gian và chi phí. Năng lượng gió và năng lượng mặt trời có thể được sử dụng, nhưng chúng không thích hợp cho các ứng dụng dưới nước.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do chuyên gia Minyi Xu, Zhong Lin Wang tại Đại học Hàng hải Đại Liên dẫn đầu đã phát triển máy phát điện ma sát nano (TENG) lấy cảm hứng từ thực vật sống dưới đáy biển.

Các nhà nghiên cứu sao chép cách các sợi rong biển rung động để tích điện

Nhóm nghiên cứu cho biết, để tích điện cho những bề mặt điện ma sát có thể uốn cong, biến chuyển động của sóng thành điện để cung cấp năng lượng cho các cảm biến biển, các nhà nghiên cứu muốn sao chép cách các sợi rong biển rung động để tích điện cho các bề mặt ba điện có thể uốn cong, thu thập chuyển động của sóng thành điện năng để cung cấp năng lượng cho các cảm biến biển nổi và chìm. TENG tận dụng hiệu ứng điện ma sát – hiện tượng điện tích tích tụ trong một vật liệu sau khi tách ra khỏi vật liệu khác mà nó đang tiếp xúc. Đây là nguyên nhân dẫn đến hiện tượng tĩnh điện khi chải tóc.

Phát triển thành công máy phát điện dưới nước lấy cảm hứng từ tảo biển (Ảnh: nanowerk.com)

Thiết bị của Đại học Hàng hải Đại Liên gồm một lớp bọt biển xốp, rỗ và mỏng kẹp giữa hai tấm vật liệu dày 38 – 76 mm làm từ hai loại polymer khác nhau. Các tấm polymer được phủ mực dẫn điện, trong khi bọt biển tạo khoảng trống không khí giữa chúng. Toàn bộ thiết bị được bọc lại bằng băng dính chống nước.

Khi TENG chuyển động qua lại, kể cả trong dòng chảy tương đối yếu, hai tấm polymer ép lớp bọt biển lại và tiếp xúc với nhau một cách ngắt quãng, tạo ra dòng điện.

Trong các thử nghiệm, khi các TENG được di chuyển lên xuống trong nước, chúng uốn cong qua lại, tạo ra điện. Khi các nhà nghiên cứu đặt TENG trong áp suất nước tương tự như áp suất được tìm thấy dưới nước ở các vùng ven biển, họ nhận thấy rằng khoảng cách không khí giữa hai vật liệu dẫn điện giảm xuống.

Tuy nhiên, các thiết bị vẫn tạo ra một dòng điện ở áp suất 100 kPa – áp suất tương tự thường tồn tại ở độ sâu 30 feet nước, nơi hầu như không có chuyển động của sóng dưới nước. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một bể tạo sóng để chứng minh rằng nhiều TENG có thể được sử dụng như một trạm phát điện nhỏ dưới nước, cung cấp năng lượng cho nhiệt kế, 30 đèn LED hoặc đèn hiệu LED của ngọn hải đăng nhỏ nhấp nháy.

Trong các thử nghiệm ở bể sóng, nhiều TENG có thể được sử dụng cùng lúc để cung cấp điện liên tục cho các thiết bị như cảm biến môi trường biển, loại bỏ nhu cầu thay pin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí ACS Nano.