Một nhóm nghiên cứu thuộc Viện khoa học và công nghệ quốc gia Ulsan (UNIST), dưới sự chủ trì của Giáo sư Young-Bin Park, chế tạo thiết bị làm từ polymer gia cường sợi carbon (viết tắt CFRP), tạo ra điện khi có sự tiếp xúc với các giọt mưa. Nghiên cứu công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials.

CFRP là vật liệu sử dụng trong máy bay, ô tô và xây dựng vì nó nhẹ, chắc chắn, có khả năng chống ăn mòn. Các đặc tính này làm cho nó phù hợp để sử dụng lâu dài ngoài trời, đặc biệt là trong môi trường đô thị khắc nghiệt, nơi độ ẩm, ô nhiễm và nhiệt độ thay đổi có thể làm các vật liệu truyền thống nhanh xuống cấp.

Thiết bị mới hoạt động dựa trên quá trình giống như tĩnh điện. Khi giọt mưa mang điện tích dương, chạm vào bề mặt siêu kỵ nước của máy phát điện, mang điện tích âm, nó sẽ truyền điện tích khi nhanh chóng lăn đi. Chuyển động này sinh ra dòng điện trong các sợi carbon được nhúng bên trong vật liệu, tạo ra điện năng gần như tức thì.

Ưu điểm lớn của thiết kế này là độ bền. Không giống như các máy phát điện trước đây dựa trên giọt nước, sử dụng điện cực bằng kim loại, có thể bị ăn mòn theo thời gian khi tiếp xúc với mưa và ô nhiễm không khí, thiết bị làm từ CFRP vẫn hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt.

Vật liệu composite sợi carbon có khả năng duy trì hiệu suất ổn định ngay cả khi tiếp xúc nhiều lần với nước và bụi bẩn. Các nhà nghiên cứu cũng thêm một lớp kết cấu bề mặt và lớp phủ lấy cảm hứng từ lá sen, giúp giữ cho bề mặt máy phát điện sạch sẽ, ngăn bụi bẩn và muội than bám vào.

Khi thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, một giọt mưa khoảng 92 microlit tạo ra điện áp cao đáng ngạc nhiên, lên đến 60 volt và dòng điện vài microampe. Khi kết nối 4 thiết bị nối tiếp nhau, chúng cấp điện cho 144 đèn LED trong một thời gian ngắn, cho thấy hệ thống có thể mở rộng quy mô.

Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm máy phát điện ngoài trời, bằng cách lắp đặt nó trên mái nhà. Dưới trời mưa thực tế, tín hiệu điện trở nên mạnh hơn và thường xuyên hơn khi lượng mưa tăng lên. Điều này cho phép hệ thống phát hiện mưa nhẹ, vừa và lớn, đồng thời tự động kích hoạt máy bơm thoát nước khi cần thiết.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này có thể giúp các tòa nhà tự động ứng phó với mưa lớn, quản lý rủi ro nước mưa và lũ lụt bằng năng lượng do chính nước mưa cung cấp. Trong tương lai, các hệ thống tương tự thậm chí có thể tích hợp vào xe cộ hoặc máy bay, nơi vật liệu sợi carbon sử dụng khá phổ biến.