Cảm hứng từ con đường phát điện
Máy phát điện nano ma sát BK TENG do nhóm gồm 11 sinh viên đến từ Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG TPHCM) nghiên cứu chế tạo, dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Văn Tiến, TS Võ Thanh Hằng và ThS Châu Ngọc Mai.
Sinh viên Lê Hoàng Minh, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết, ý tưởng làm ra một chiếc máy phát điện từ bước chân của nhóm bắt nguồn từ con đường phát điện ở London (Anh). Một lần tình cờ, Minh và nhóm bạn đọc được thông tin về con đường có thể tạo ra năng lượng từ chính những bước chân của người đi bộ có tên gọi Pavegen.
Trọng lượng của người đi tác động lên những tấm gạch lát, tạo ra điện. Hệ thống sử dụng máy phát điện cảm ứng điện từ, chuyển đổi động năng thành năng lượng điện khi những viên gạch lún xuống theo trọng lượng của người đi bộ. Điện này được dùng để thắp sáng đường phố.
Yêu thích vật lý, nhóm bắt tay vào tìm hiểu với sự tò mò: Liệu mình có thể làm ra được những con đường tương tự trong trường học, nơi có rất nhiều người đi lại mỗi ngày? Tháng 8/2020, Minh cùng nhóm bạn bắt tay vào nghiên cứu máy phát điện nano ma sát, đặt tên là dự án TENG (Triboelectric Nanogenerator).
Lý thuyết là thế, bắt tay thực hiện lại không đơn giản. Minh cho biết, nhóm có đến 5 lần thử nghiệm thất bại. Lý do chủ yếu vì chưa chế tạo được bề mặt vi cấu trúc và chưa đạt hiệu quả phát điện theo yêu cầu. Đến lần thứ sáu, nhóm mới có được sản phẩm hoàn thiện.
Vật liệu làm máy được tận dụng từ CD được tái chế, nhựa Polystyrene (PS), thậm chí là cả từ rác thải Polyvinylchloride (PVC). Thiết bị được chế tạo bằng phương pháp phân pha nâng cao, đổ khuôn chế tạo các màng nano convex polydimethysiloxame (PDMS), mô phỏng cấu trúc tự nhiên của loài ong.
Để phát điện, có 4 cơ chế gồm tiếp xúc – tách rời, trượt ngang, chế độ điện cực đơn và chế độ tự do. Nhóm chọn chế độ tiếp xúc – tách rời. Máy tạo ra điện nhờ hiện tượng ma sát giữa hai bề mặt vật liệu.
Một lớp là vật liệu tích điện dương và một lớp là vật liệu tích điện âm. Bề mặt vật liệu đã được nhóm biến tính trở nên vi mô, giúp tăng hiệu quả ma sát làm tăng khả năng phát điện.
Thiết bị thu hồi điện từ bước chân hoạt động trên nguyên tắc phát điện nano ma sát, thu năng lượng cơ học chuyển đổi thành điện năng. Theo đó, điện thế tĩnh điện sẽ được hình thành khi tiếp xúc bề mặt của hai vật có ái lực electron khác nhau để chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện sử dụng được.
Khi hai bề mặt vật liệu được tiếp xúc và tách ra, tạo nên hiện tượng nhiễm điện dương ở một bề mặt vật liệu và nhiễm điện âm ở bề mặt vật liệu còn lại. Kết quả trong phòng thí nghiệm cho thấy, một thiết bị kích thước 5x5cm có thể thắp sáng hơn 200 đèn Led nhỏ.
Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, phương pháp này hoàn toàn mới, được nghiên cứu vào năm 2018 và đã được cấp bằng sáng chế tại Mỹ. Thiết bị giúp thu dao động từ bước chân con người chuyển hóa thành điện năng phục vụ cho đời sống thay thế năng lượng truyền thống. “Sản phẩm của chúng tôi phù hợp và giải quyết vấn đề ở Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh Covid hiện nay, nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao”, Minh chia sẻ.
Sẽ thử nghiệm tại Đại học Bách khoa TPHCM
Nhóm nghiên cứu cho biết, các công nghệ cũ như máy phát điện theo nguyên lý cảm ứng điện từ chỉ có thể đạt hiệu suất cao khi hoạt động ở tần số cao. Công nghệ TENG có thể đạt hiệu suất cao ngay cả ở tần số rất thấp.
Hiệu quả phát điện của TENG tăng không đáng kể với sự tăng của tần số lực tác động và hầu như không đổi ở các tần số trên 5Hz. TENG có thể chuyển đổi các dao động yếu, trong môi trường không ổn định… khắc phục nhược điểm của công nghệ hiện nay.
Theo nhóm nghiên cứu, thiết bị có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như máy thu năng lượng, cấp nguồn cho các thiết bị điện tử di động, cảm biến chống trộm, da nhân tạo, thiết bị theo dõi sức khỏe...
Ngoài ra, máy có thể dùng trong các thiết bị điện tử như đồng hồ đeo tay, thiết bị theo dõi sức khỏe cho bệnh nhân, thiết bị thu năng lượng bước chân từ các máy chạy bộ… Một máy kích thước 5x5cm có giá bán dự kiến khoảng 57.000 đồng. Tùy theo yêu cầu khách hàng cũng như quy mô lắp đặt, nhóm sẽ sản xuất với kích thước tương ứng.
Nhóm đang sở hữu phương pháp chế tạo cấu trúc nano tạo bề mặt ma sát độc quyền do TS Bùi Văn Tiến, giảng viên Khoa Công nghệ Vật liệu Trường Đại học Bách khoa nghiên cứu phát triển và đã được cấp bằng sáng chế ở Mỹ.
Điểm yếu của nhóm, BK TENG là một công ty khởi nghiệp non trẻ, không có cơ sở dữ liệu khách hàng, không có kinh nghiệm làm marketing, trong khi nhận thức của người dân, doanh nghiệp về công nghệ này còn khá mới mẻ. Nhưng điểm mạnh là sản phẩm không có đối thủ cạnh tranh, giá thành rẻ, dễ sử dụng, công nghệ xanh hoàn toàn nên sẽ đem lại giá trị cao cho nhà đầu tư.
TS Võ Thanh Hằng, Khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại khọc Bách khoa TPHCM đánh giá đây là một dự án tiềm năng, có thể triển khai trong thực tế ngay. Phương pháp công nghệ được áp dụng đã được bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ.
Đây là nguồn năng lượng mới, chưa được nghiên cứu ở Việt Nam và cũng chưa có sản phẩm nào tương tự trên thị trường. Trước mắt, máy có thể được ứng dụng trong các trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, các tuyến phố đi bộ… phù hợp để triển khai thành phố thông minh. Sản phẩm có hiệu suất thu hồi điện cao.
TS Hằng cũng cho biết, trước mắt nhóm đã thành công chế tạo mô hình phát điện bằng vật liệu thảm, dự kiến tình hình dịch ổn định, nhóm Dự án sẽ triển khai chế tạo và lắp đặt 1m2 thảm điện và thử nghiệm thực tế lắp đặt sử dụng tại Trường Đại học Bách khoa - ĐHQG TPHCM.
