Thiết bị giá rẻ có thể khai thác năng lượng từ những cơn gió nhẹ

Theo dõi MTĐT trên

Các nhà khoa học ở Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) ở Singapore đã phát triển một thiết bị giá rẻ có thể khai thác năng lượng từ gió nhẹ và lưu trữ dưới dạng điện năng. Thiết bị này chỉ có kích thước bằng một chai nước, được làm từ đồng, nhôm và các bộ phận khác có giá khoảng 10 USD.

Khi tiếp xúc với gió có vận tốc thấp khoảng 2m/s, thiết bị có thể tạo ra điện áp 3 vôn và công suất điện lên đến 290 microwatt, cung cấp đủ năng lượng cho một thiết bị cảm biến thương mại và đủ để gửi dữ liệu đến điện thoại di động hoặc máy tính. Thiết bị này được gọi là máy khai thác gió, rất nhẹ và bền, cũng có thể chuyển điện dư thừa vào pin để lưu trữ, cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong điều kiện không có gió.

Nhóm nghiên cứu cho biết sáng chế của họ có tiềm năng thay thế pin để cung cấp năng lượng cho đèn LED và cảm biến cho các công trình, ứng dụng trong các cấu trúc đô thị như cầu, nhà cao tầng… để theo dõi sức khỏe của các công trình, đồng thời cảnh báo cho các kỹ sư nếu xuất hiện bất ổn hoặc bị hư hỏng.

Với kích thước 15 cm x 20 cm, người ta có thể dễ dàng gắn thiết bị vào các bề mặt của tòa nhà, phù hợp với môi trường đô thị, chẳng hạn như ở các vùng ngoại ô của Singapore – nơi có tốc độ gió trung bình dưới 2,5m/s. Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả này trên tạp chí Mechanical Systems and Signal Processing vào tháng 9/2022.

Giáo sư Yang Yaowen, kỹ sư kết cấu ở Trường Kỹ thuật xây dựng và môi trường (CEE) của NTU, người đứng đầu dự án, cho biết: “Là một nguồn năng lượng tái tạo sạch, điện gió đã thu hút sự chú ý của giới nghiên cứu từ lâu. Mục tiêu của chúng tôi là giải quyết tình trạng thiếu thiết bị khai thác năng lượng gió quy mô nhỏ với nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn cung cấp năng lượng cho các cảm biến và thiết bị điện tử nhỏ hơn”.

“Thiết bị do chúng tôi phát triển cũng đóng vai trò là một giải pháp thay thế tiềm năng cho pin lithium-ion nhỏ hơn. Ưu điểm của nó là có khả năng tự cung cấp, chỉ cần bảo trì thường xuyên, đặc biệt là không sử dụng kim loại nặng – vật liệu có thể gây ra các vấn đề môi trường nếu không được xử lý đúng cách”.

Sáng chế này đã nhận được sự quan tâm từ các ngành công nghiệp. Hiện nay, nhóm tác giả cũng đang tiến hành quá trình thương mại hóa kết quả nghiên cứu.

Lướt theo luồng gió

Các nhà khoa học đã chế tạo thiết bị này với mục tiêu khai thác năng lượng gió một cách hiệu quả và tốn ít chi phí. Phần thân của thiết bị được làm từ sợi epoxy – một loại polymer có độ bền cao. Bộ phận chính tương tác với gió được làm từ vật liệu rẻ tiền như đồng, lá nhôm và teflon – một loại polymer bền.

Với cấu trúc thiết kế động, khi thiết bị tiếp xúc với luồng gió, nó bắt đầu rung, khiến các tấm gắn trên đó di chuyển khỏi nút chặn. Nhờ đó, các điện tích hình thành trên màng, chạy từ lá nhôm sang màng đồng và hình thành dòng điện.

Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy, thiết bị do các nhà khoa học ở NTU phát triển có thể cung cấp điện liên tục cho 40 đèn LED ở tốc độ gió 4m/s. Nó cũng có thể kích hoạt một thiết bị cảm biến và cung cấp đủ năng lượng để gửi thông tin nhiệt độ phòng đến điện thoại di động.

Điều này chứng tỏ thiết bị khai thác năng lượng gió không chỉ tạo ra nguồn điện ổn định cho các thiết bị, mà còn có thể lưu trữ lượng điện dư thừa, duy trì hoạt động của thiết bị trong khoảng thời gian dài không có gió.

Giáo sư Yang cho biết: “Năng lượng gió là nguồn năng lượng tái tạo, không gây ô nhiễm, không cạn kiệt, góp phần giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch – nguồn gốc của khí nhà kính khiến Trái đất nóng lên. Sáng chế của chúng tôi có khả năng khai thác hiệu quả nguồn năng lượng bền vững này cho đèn LED cũng như sạc pin, chứng minh tiềm năng trở thành máy phát điện để cung cấp năng lượng cho các thế hệ thiết bị điện tử trong tương lai – có kích thước nhỏ và tiêu tốn ít năng lượng hơn”.

Ông và các cộng sự ở NTU đang tiến hành nghiên cứu sâu hơn để cải thiện các chức năng lưu trữ năng lượng, cũng như thử nghiệm với các vật liệu khác nhau để cải thiện công suất đầu ra. Nhóm nghiên cứu cũng đang trong quá trình nộp đơn xin cấp bằng sáng chế với NTUitive – doanh nghiệp đổi mới sáng tạo của NTU.

Nguồn:

https://techxplore.com/news/2022-10-inexpensive-device-harvest-energy-breeze.html

https://www.straitstimes.com/tech/ntu-researchers-build-mini-wind-harvester-to-produce-electricity-from-a-gentle-breeze