Giải pháp năng lượng xanh từ công nghệ phát điện nano ma sát

Hiện nay, công nghệ phát điện ma sát đã trở thành hướng nghiên cứu tiềm năng thu hút được rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới tham gia. Điều này đã thôi thúc các nhà khoa học Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Viện Hàn lâm) chủ động nghiên cứu thành công đề tài “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của một số vật liệu, cấu trúc phát điện ma sát (TENGs)” thuộc lĩnh vực khoa học vật liệu và năng lượng. Đề tài do Giáo sư, Tiến sĩ Phan Ngọc Minh chủ trì với sự đóng góp chính của Phó Giáo sư, Tiến sĩ Lê Trọng Lư cùng một số .

Để hoàn thiện hệ thống phát điện ma sát, nhóm tác giả nghiên cứu đã sử dụng nhiều vật liệu là các hợp chất polyme như: Polydimethylsiloxane (PDMS), nhựa Polytetrafluoroethylene (PTFE), Kapton; các loại polyme thông dụng khác như polystyren (PS), polyester (PET), polyurethane (PU) hoặc Polyhexamethylene guanidine (PHMG)… Cùng với việc sử dụng đa dạng, phong phú các loại vật liệu chế tạo TENGs, các phương pháp chế tạo khác nhau cũng được nhóm tác giả thử nghiệm như: đúc, in 3D, phun điện (electrospinning), gạt phủ.

Để hoàn thiện hệ thống phát điện ma sát, nhóm tác giả nghiên cứu đã sử dụng nhiều vật liệu là các hợp chất polyme như: Polydimethylsiloxane (PDMS), nhựa Polytetrafluoroethylene (PTFE), Kapton; các loại polyme thông dụng khác như polystyren (PS), polyester (PET), polyurethane (PU) hoặc Polyhexamethylene guanidine (PHMG)… Cùng với việc sử dụng đa dạng, phong phú các loại vật liệu chế tạo TENGs, các phương pháp chế tạo khác nhau cũng được nhóm tác giả thử nghiệm như: đúc, in 3D, phun điện (electrospinning), gạt phủ.

Đáng chú ý, trong số các phương pháp nêu trên, phương pháp in 3D và phun điện đã cho thấy những hiệu quả vượt trội. Phương pháp phun điện cho phép tạo màng nanofiber (sợi nano) từ dung dịch polymer dưới tác động của điện trường cao. Quá trình này tạo ra lớp vật liệu có diện tích bề mặt riêng cao, độ xốp lớn làm tăng hiệu suất tạo điện ma sát. Công nghệ in 3D tạo được những cấu trúc phức tạp, đa dạng về vật liệu, nhất là vật liệu nhựa; khắc phục được khó khăn trong thiết kế cấu trúc 3D mà các phương pháp chế tạo khác chưa thực hiện được.

Chia sẻ về kết quả nghiên cứu, Phó Giáo sư, Tiến sĩ Lê Trọng Lư cho biết, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công bộ phát điện ma sát cho điện áp ra sau chỉnh lưu 288V, xung điện áp đỉnh 680V, xung dòng đỉnh 340μA và công suất 0,23W. Hệ thống hoạt động ổn định hơn 360.000 chu kỳ, có thể thắp sáng gần 100 bóng đèn LED.

Bộ phát điện ma sát chế tạo có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị cảm biến, hệ thống IoT hoặc sản phẩm tự cấp nguồn trong môi trường khắc nghiệt. Điều đó mở ra triển vọng ứng dụng cho các thiết bị cảm biến, hệ thống giám sát không dây vận hành độc lập, không cần pin. Điểm đặc biệt của này là khả năng tận dụng chính hoạt động thường ngày của con người để tạo ra năng lượng. Không chỉ những chuyển động rõ rệt như bước chân, mà ngay cả hơi thở hay nhịp tim cũng có thể trở thành nguồn phát điện.

Bên cạnh các ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe và thiết bị đeo thông minh, nhóm nghiên cứu đang hướng tới những mô hình ứng dụng quy mô lớn hơn như: phát triển mô-đun thu năng lượng từ bước chân tại những khu vực đông người để phục vụ chiếu sáng hoặc vận hành các hệ thống cảm biến; thu hồi năng lượng từ chuyển động của phương tiện giao thông, thông qua các thiết bị TENGs lắp đặt trên mặt đường hoặc tích hợp vào hạ tầng,...

Theo Giáo sư Trần Đại Lâm, thành viên Hội đồng nghiệm thu đề tài khoa học cấp Viện Hàn lâm, đây là hướng nghiên cứu mới có chất lượng khoa học tốt và tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn. Quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã góp phần đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực vật liệu và năng lượng, đồng thời có những công bố khoa học quốc tế uy tín. Đặc biệt, đề tài đã góp phần xây dựng được nhóm nghiên cứu về hướng nghiên cứu rất tiềm năng này ở Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Mặc dù quá trình thực hiện đề tài phát sinh những khó khăn, thách thức đòi hỏi nhóm tác giả phải tiếp tục nỗ lực nghiên cứu và hoàn thiện sản phẩm, song những kết quả nghiên cứu bước đầu về công nghệ phát điện nano ma sát cho thấy tiềm năng làm chủ công nghệ, cũng như khả năng phát triển các giải pháp năng lượng xanh phù hợp với điều kiện thực tiễn tại Việt Nam.