Các nhà khoa học tạo ra điện chỉ bằng nước và áp suất bên trong silicon nano

Một nhóm nghiên cứu ở châu Âu phát triển phương pháp mới để chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng, chỉ với nước và áp suất, bằng cách khai thác sức mạnh của ma sát bên trong các lỗ nhỏ nhất của silicon, nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái đất.

Các nhà khoa học của Đại học công nghệ Hamburg (TUHH) và các đồng nghiệp từ Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), một trong những trung tâm máy gia tốc hạt hàng đầu thế giới, phát hiện năng lượng cơ học có thể chuyển đổi thành điện thông qua quá trình tạo ra điện ma sát.

Quy trình mới này dựa trên việc nước bị giữ lại trong các lỗ silicon có kích thước nanomet, đóng vai trò là môi trường hoạt động để sản xuất năng lượng. Theo các nhà nghiên cứu, quy trình này có thể áp dụng trong môi trường có áp suất cơ học cao, chẳng hạn như bộ giảm xóc xe.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu quốc tế phát triển hệ thống được gọi là máy phát điện nano điện ma sát do sự thâm nhập-đẩy ra (IE-TENG). Hệ thống này sử dụng áp suất để liên tục đẩy nước vào và ra khỏi các lỗ xốp ở kích thước nanomet bên trong silicon không thấm nước.

Trong quá trình này, điện tích tách ra tại giao diện giữa thành lỗ silicon và chất lỏng, tạo ra điện ma sát, loại điện thường thấy trong sinh hoạt hằng ngày. Ví dụ mà mọi người quen thuộc, là hiện tượng tĩnh điện, đôi khi bạn cảm thấy bị điện giật nhẹ khi chạm vào tay nắm cửa bằng kim loại.

Quy trình mới tái tạo hiệu ứng này nhưng khai thác nó một cách có kiểm soát, hiệu quả và liên tục để tạo ra điện. Hệ thống này đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng ấn tượng 9%, một trong những hiệu suất cao nhất từng được ghi nhận đối với các máy phát điện nano rắn-lỏng.

Yếu tố quyết định là phát triển cấu trúc silicon được thiết kế chính xác, vừa dẫn điện, vừa có cấu trúc lỗ nano và kỵ nước, Manuel Brinker, Tiến sĩ, giáo sư tại TUHH, cho biết. Ông cho biết cấu trúc này cho phép kiểm soát chính xác chuyển động của nước bên trong các lỗ rỗng, giúp quá trình chuyển đổi năng lượng ổn định và có thể mở rộng.

Nhóm nghiên cứu tin rằng công nghệ này mở ra những cơ hội mới cho các hệ thống cảm biến tự cấp nguồn, các thiết bị, vật liệu thông minh lấy năng lượng trực tiếp từ chuyển động của nước, nơi chạm hoặc chuyển động trực tiếp tạo ra tín hiệu điện.

Theo các nhà nghiên cứu, điểm mạnh của hệ thống này nằm ở sự đơn giản của nó, vì thiết bị chỉ sử dụng silicon và nước, tránh sử dụng bất kỳ vật liệu hiếm hoặc nguy hiểm nào. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nano Energy (Elsevier).