Hệ thống quản lý nâng cao hiệu quả sản xuất năng lượng

Hệ thống này sử dụng một tụ điện nhỏ để thu dòng điện xoay chiều được sinh ra nhờ những hoạt động sinh cơ học. Khi tụ điện đầu tiên đầy, mạch quản lý điện sẽ tự chuyển dòng điện sang một pin hoặc tụ điện khác lớn hơn. Thiết bị dự trữ thứ hai này sẽ cung cấp dòng điện một chiều với điện áp phù hợp cho các thiết bị máy móc hoặc phụ kiện thời trang như đồng hồ đeo tay, máy đo nhịp tim, máy tính bỏ túi, nhiệt kế...và kể cả các thiết bị không dây từ xa dành cho một số loại phương tiện.

Nghiên cứu được đăng trên chuyên san Nature Communications đã chỉ ra rằng với việc kết hợp trở kháng của thiết bị dự trữ điện với trở kháng của máy tạo điện ma sát, hệ thống mới có thể tăng hiệu quả năng lượng từ 1% lên đến 60%.     

“Với máy tạo điện ma sát công suất cao và mạch quản lý điện như vậy, chúng ta có thể tạo ra thêm năng lượng từ những chuyển động của con người”, theo Simiao Niu, một trợ lý nghiên cứu bậc sau đại học ngành Máy Móc và Khoa Học Vật Liệu từ Viện Công Nghệ Georgia. “Giai đoạn đầu tiên của hệ thống được kết hợp với máy nano tạo dòng điện ma sát, còn giai đoạn hai là kết hợp với các ứng dụng máy móc tiếp nhận dòng điện.”

Máy nano tạo điện ma sát phối hợp hoạt động của hiệu ứng điện ma sát cùng tĩnh điện để cùng tạo ra dòng điện từ các chuyển động như quay tròn, trượt hoặc rung. Hiệu ứng điện ma sát áp dụng nguyên lý làm việc là một số vật liệu nhất định sẽ được nạp điện sau khi ma sát với một bề mặt làm từ vật liệu khác. Dòng điện xoay chiều được tạo ra tuy rằng có thể tiếp điện cho vài thiết bị như đèn LED nhưng lại không thiết thực đối với các thiết bị có tính chuyển động.

Dòng điện xoay chiều ban đầu có thể được biến đổi thành dòng điện một chiều bằng một thiết bị chuyển đổi dòng điện, nhưng bộ biến áp như vậy phải đảm bảo nhất quán về số vòng trong một giây. Bởi vì những nguồn điện sinh cơ như đi bộ, chạm tay đều có thể thay đổi biên độ và tần số nên không thể chỉ sử dụng một thiết bị chuyển đổi tiêu chuẩn được. Hơn nữa, đầu ra của máy tạo điện ma sát thường có điện áp cao và cường độ thấp, trong khi để sử dụng dòng điện đó thì yêu cầu lại ngược lại: điện áp thấp và cường độ cao.

Để giải quyết vấn đề này, Niu và các đồng nghiệp dưới sự giám sát hỗ trợ của giáo sư Zhong Lin Wang tại Đại Học Công Nghệ Georgia, đã phát triển một hệ thống quản lý năng lượng. Hệ thống này có thể chuyển đổi điện áp và tần số điện biến thiên thành một dòng điện một chiều ổn định.

Hệ thống quản lý năng lượng hoạt động với mọi máy sản xuất điện ma sát sản xuất tối thiểu là 100 microwatt. Hệ thống này hoạt động được nhờ điện năng, nhưng cũng giúp tăng công suất lên 330 lần, đạt mức milliwatt.

“Loại chuyển động cơ học hay tần số chuyển động đều không phải là vấn đề miễn là điện đầu vào ổn định và lớn.” Niu cho biết. “Đây là bước quan trọng trong việc thương mại hóa các máy nano sản xuất điện ma sát vì nó mở ra rất nhiều các ứng dụng khác nhau.”

Chỉ với những cú chạm từ đầu ngón tay thôi cũng có thể tạo ra điện, và dòng điện một chiều này có thể lên đến 1.044 milliwatt. Chỉ cần hành động này kéo dài thì dòng điện vẫn cứ được tạo ra liên tục và cung cấp điện cho các thiết bị như pin hoặc thiết bị chứa.

“Thiết bị mới này là cầu nối giữa máy nano sản xuất điện ma sát với rất nhiều ứng dụng thiết thực khác đối với đời sống. Từ đây chúng ta có thể tiếp tục phát triển phương pháp cung cấp điện cho các thiết bị hoặc phụ kiện thời trang như đồng hồ đeo tay hay điện thoại di động từ các chuyển động của cơ thể con người.”

Thanh Thảo (Theo Sciencedaily.com)