Một nhóm nhà khoa học tại Viện khoa học và công nghệ quốc gia Ulsan, Hàn Quốc (UNIST) có bước tiến lớn trong việc biến điều này thành hiện thực. Nghiên cứu do Giáo sư Sung-Yeon Jang từ Trường kỹ thuật năng lượng và hóa học của UNIST dẫn đầu, công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science.
Họ phát triển một thiết bị thể rắn nhỏ, có thể chuyển đổi nhiệt cơ thể thành điện năng hữu ích, mở ra khả năng cho các thiết bị đeo không cần pin. Loại pin nhiệt điện thể rắn loại n hiệu suất cao đầu tiên trên thế giới, do nhóm nghiên cứu tạo ra, đủ mạnh để vận hành thực sự các thiết bị điện tử.
Pin nhiệt điện là những thiết bị nhỏ thu năng lượng, tạo ra điện từ sự chênh lệch nhiệt độ. Trong trường hợp này, sự chênh lệch đến từ nhiệt độ tự nhiên của cơ thể con người, thông thường khoảng 37 độ C so với không khí xung quanh mát hơn, thường là 20 - 25 độ C.
Điều này nghe có vẻ đơn giản, nhưng thách thức nằm ở chỗ khoảng cách nhiệt độ khá nhỏ, các hệ thống trước đây không thể tạo ra đủ điện để vận hành các thiết bị hằng ngày. Phát minh mới giải quyết được vấn đề đó. Thiết kế thể rắn tránh nguy cơ rò rỉ chất lỏng, giúp tích hợp vào thiết bị đeo an toàn và dễ dàng hơn.
Thông thường, hệ thống thể rắn gặp khó khăn do các ion bên trong vật liệu di chuyển quá chậm, hạn chế công suất. Nhóm UNIST giải quyết vấn đề này bằng cách chế tạo chất điện phân tiên tiến, cho phép ion di chuyển tự do hơn. Điều này, kết hợp với quy trình điều khiển nhiệt, giúp tăng cường dòng ion, tạo ra điện áp và dòng điện mạnh hơn bao giờ hết.
Để dễ hình dung, bằng cách xếp chồng 100 cell pin này với nhau, hệ thống có thể tạo ra khoảng 1,5 vôn, tương đương một pin AA thông thường. Khi 16 module này được kết nối, chúng có thể cấp nguồn cho các thiết bị như đèn LED, đồng hồ kỹ thuật số, cảm biến nhiệt độ, tất cả chỉ sử dụng nhiệt độ cơ thể.
Một kết quả ấn tượng khác là hiệu suất của thiết bị. Thiết bị này tự hào có hệ số Seebeck (thước đo lượng điện áp tạo ra từ chênh lệch nhiệt độ) là -40,05 milivôn trên một độ Kelvin, cao hơn tới 5 lần so với các thiết bị loại n trước đó. Nhóm nghiên cứu cũng kiểm tra độ bền, cho thấy nó vẫn ổn định sau 50 chu kỳ sạc-xả.
Trọng tâm của hệ thống là một loại polymer đặc biệt gọi là PEDOT:PSS, kết hợp với các ion gốc sắt. Vật liệu này tạo thành cấu trúc ổn định, cho phép các ion khác di chuyển tự do, giúp thiết bị thu thập năng lượng nhiệt hiệu quả hơn.
Nhìn về tương lai, công nghệ này có thể cung cấp nguồn điện sạch, đáng tin cậy cho các thiết bị điện tử linh hoạt, máy theo dõi sức khỏe thông minh và các thiết bị IoT tự động - không cần sạc, không cần pin, chỉ cần hơi ấm từ chính cơ thể bạn.
