Thiết bị này được phát triển tại Đại học Hàng không và Vũ trụ Nam Kinh với tên gọi là máy tạo điện từ giọt nước tích hợp môi trường nước (W-DEG). Đây là một thiết bị nhẹ, chi phí thấp và sử dụng nước như cấu trúc đỡ và thành phần dẫn điện.
Khác với máy tạo điện từ giọt nước truyền thống (C-DEG) vốn đặt cố định trên đất và dùng điện cực kim loại, thiết bị mới có thể nổi tự do. Thiết bị tạo điện mà không chiếm diện tích đất và không cần vật liệu nặng.
Giáo sư cơ học Wanlin Guo cho biết: “Bằng cách để nước đóng vai trò vừa là cấu trúc đỡ vừa là thành phần dẫn điện, chúng tôi đã mở ra hướng mới cho công nghệ tạo điện từ giọt mưa, nhẹ hơn, tiết kiệm chi phí và dễ mở rộng quy mô”.
Cơ chế chuyển mưa thành điện
Các hệ thống C-DEG truyền thống thường cần bề mặt cứng và điện cực kim loại phía dưới. Khi giọt nước rơi vào lớp màng điện môi, điện tích được tạo ra tại điểm tiếp xúc. Công nghệ này có thể tạo ra điện áp cao, thường hàng trăm vôn, nhưng thiết bị nặng, đắt và bị giới hạn bởi vật liệu rắn.
Ngược lại, W-DEG sẽ nổi trực tiếp trên mặt nước. Nước đóng vai trò vừa là bề mặt đỡ, vừa là điện cực dẫn điện. Nhờ đó, thiết bị giảm được khoảng 80% trọng lượng vật liệu và giảm gần một nửa chi phí so với hệ thống truyền thống.
Khi giọt mưa rơi xuống lớp màng điện môi nổi trên mặt nước, sức căng bề mặt của nước tạo lực đỡ. Nhờ vậy giọt nước lan đều trên bề mặt. Các ion trong nước đóng vai trò là hạt mang điện, giúp duy trì hiệu quả dẫn điện. Thiết bị tạo ra điện áp khoảng 250 vôn cho mỗi giọt nước, tương đương các hệ thống dùng điện cực kim loại cố định trên đất.
Hiệu quả, bền bỉ và dễ mở rộng
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy W-DEG hoạt động ổn định trong điều kiện nhiệt độ, độ mặn khác nhau, thậm chí trong nước hồ tích tụ sinh vật.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Không giống nhiều thiết bị năng lượng dễ suy giảm trong môi trường khắc nghiệt, thiết bị nổi này tiếp tục vận hành ổn định nhờ lớp điện môi có tính trơ về mặt hóa học và cấu trúc linh hoạt của nước”.
Để tránh tích tụ nước gây cản trở, thiết bị có các lỗ thoát siêu nhỏ cho phép nước chảy xuống. Nhờ vậy bề mặt luôn thoáng để đón giọt mưa, kể cả khi mưa lớn.
Nhóm nghiên cứu đã công bố một nguyên mẫu tích hợp có kích thước 0,3 mét vuông, có thể thắp sáng đồng thời 50 đèn LED. Thiết bị cũng có thể sạc tụ điện trong vài phút.
Trong tương lai, hệ thống có thể đặt trên hồ, đập hoặc vùng ven biển để thu năng lượng mà không cần đến đất. Công nghệ này cũng có thể hỗ trợ hệ thống giám sát môi trường như chất lượng nước, độ mặn và mức độ ô nhiễm.
Tại các khu vực mưa nhiều, W-DEG có thể trở thành nguồn điện hỗ trợ lưới điện địa phương hoặc cấp điện cho vùng ngoài lưới điện. Giáo sư Guo nói trong thông cáo: “Điều này mở ra hướng đi cho hệ thống thuỷ điện không cần đất, bổ trợ cho các công nghệ tái tạo khác như điện mặt trời và điện gió”.
Nhóm nghiên cứu kết luận: “Việc công bố nguyên mẫu bền bỉ, hiệu quả và có khả năng mở rộng là bước quan trọng hướng tới ứng dụng thực tế”.
Khánh Linh
Theo Interesting Engineering
