Thiết bị co giãn mang theo người sử dụng nam châm siêu nhỏ để sản xuất điện

Mặc dù chúng ta đã nghe nói nhiều về các thiết bị áp điện mang theo người có khả năng sản xuất điện khi con người di chuyển, nhưng các thiết bị này lại không hoạt động tốt trong một số điều kiện nhất định. Tuy nhiên, một loại thiết bị điện sinh học mới mang theo người lại có ưu điểm vượt trội hơn.

Trong khi các thiết bị áp điện tạo ra dòng điện khi bị bóp hoặc ép, thì công cụ mới có một chút khác biệt. Nó sử dụng hiệu ứng từ tính, liên quan đến việc sử dụng áp suất cơ học để đẩy và hút các nam châm bên trong một vật liệu. Từ đó, sinh ra dòng điện khi cường độ từ trường của vật liệu đó thay đổi.

Trước đây, máy phát điện từ đàn hồi được chế tạo từ các hợp kim kim loại quá cứng để có thể đeo thoải mái trên cơ thể. Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu tại Đại học California ở Los Angeles, Hoa Kỳ do Giáo sư Jun Chen dẫn đầu, đã tạo ra loại máy phát điện từ đủ mềm và dẻo để đeo trên các bộ phận cơ thể thường xuyên chuyển động. Máy phát điện bao gồm chất nền polime silicon được xúc tác bằng bạch kim, lơ lửng bên trong là các nam châm neodymium-sắt-bo có kích thước nano.

Khi được gắn vào khuỷu tay của một tình nguyện viên thông qua dây silicon, thiết bị tạo ra dòng điện 4,27 miliampe trên một cm². Cụ thể, khi khuỷu tay của người đó chuyển động, các nam châm nhỏ liên tục bị kéo ra xa và đẩy ngược lại với nhau. Hơn nữa, các thí nghiệm chỉ ra rằng thiết bị này đủ nhạy để chuyển đổi sóng xung của con người thành tín hiệu điện. Nghĩa là thiết bị có thể được tích hợp vào máy đo nhịp tim tự cung cấp năng lượng. Máy phát điện mới có một số ưu điểm chính so với các lựa chọn thay thế hiện nay.

GS. Chen cho rằng: “Các công nghệ chuyển đổi năng lượng cơ sinh học thành điện hiện nay, bao gồm cả máy phát điện nano điện ma sát (triboelectric) và áp điện, gặp phải những hạn chế không thể tránh khỏi như mật độ dòng điện rất thấp và trở kháng bên trong cao. Đặc biệt, hiệu suất điện dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường độ ẩm xung quanh do mồ hôi và môi trường chất dịch của cơ thể con người tạo ra. Điều này hạn chế các ứng dụng thực tế của chúng trên cơ thể".

Trái lại, máy phát điện từ đàn hồi mềm có công suất cao hơn và không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm. GS. Chen cho rằng, mặc dù các loại máy phát điện khác có thể được bảo vệ khỏi độ ẩm nhờ lớp phủ chống thấm, nhưng việc tạo thêm lớp phủ này thường làm giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng sinh học thành điện năng của máy.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Materials.

N.P.D (NASATI), theo https://newatlas.com/science/soft-magnetoelastic-generator/, 1/10/2021