Tăng cường hiệu quả sản xuất điện với hệ thống quản lý năng lượng mới

Học viện Công nghệ Georgia (Mỹ) vừa cho ra đời một hệ thống lưu trữ - quản lý năng lượng dạng hai nấc mới với tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất điện năng thông qua ma sát của các hoạt động sinh lý của con người.

Trong nhiều năm trở lại đây, các nhà khoa học đã nhận thức được rằng các hoạt động sinh lý của con người, gồm đi lại, chạy nhảy hay đơn giản chỉ là chạm ngón tay vào một bề mặt nào đó cũng sinh ra năng lượng. Tuy nhiên, nguồn năng lượng này khá nhỏ và hiệu quả chuyển hoá cũng rất thấp nên ít được chú ý và đưa vào ứng dụng rộng rãi. Với nghiên cứu mới được đăng tải trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học tại Trường Khoa học và Kỹ thuật vật liệu, Học viện Công nghệ Georgia khẳng định họ đã nâng hiệu quả chuyển hoá năng lượng hoạt động sinh lý của con người từ một vài % trong quá khứ lên 60%.

Cụ thể, hệ thống này sử dụng một tụ điện nhỏ để nắm bắt dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi các hoạt động sinh lý. Khi tụ điện đầu tiên đầy, một mạch điện đóng vai trò kiểm soát sẽ chuyển nguồn năng lượng này vào pin hoặc một tụ điện có dung lượng lớn hơn. Tiếp đó, thiết bị lưu trữ thứ hai này sẽ chuyển hoá nguồn năng lượng này thành dòng một chiều với điện áp phù hợp để cung cấp cho các thiết bị di động như đồng hồ, máy trợ tim, máy tính bỏ túi, máy điều nhiệt và thậm chí cả thiết bị truy cập không dây từ xa cho xe hơi.

Điểm nổi bật của công nghệ mới này chính là quy trình hai nấc để lưu trữ và chuyển đổi qua lại giữa dòng điện xoay và chiều và dòng điện một chiều. Như chúng ta đã biết, thông thường, dòng điện xoay chiều có thể được chuyển đổi trực tiếp thành dòng điện một chiều bằng cách sử dụng một máy biến áp mà không cần thêm một bước lưu trữ qua pin hoặc tụ điện. Song điều này lại đòi hỏi nguồn xoay chiều ban đầu phải có chu kỳ dao động thống nhất, một tính chất bất khả thi với các hoạt động sinh lý bình thường của con người, vốn không tuân theo bất cứ nguyên tắc cố định nào về thời gian cũng như cường độ. Mặt khác, dòng điện được sinh ra từ một máy phát điện dựa trên ma sát thường có hiệu điện thế cao và cường độ dòng điện thấp, hoàn toàn tương phản với nhu cầu của các thiết bị di động: hiệu điện thế thấp và cường độ cao.

Giờ đây, thông qua quy trình chuyển đổi bằng tụ điện và pin với một hệ thống quản lý năng lượng tích hợp, các nhà khoa học đã giải quyết được vấn đề nêu trên, nhờ đó tạo ra công suất 100 microwatt với bất kỳ máy phát điện dựa trên ma sát nào, một con số gấp 330 lần so với trước đây.

Giáo sư Zhong Ling Wang, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết: "Hệ thống lưu trữ - quản lý năng lượng mới của chúng tôi sẽ tạo ra một cầu nối giữa các thiết bị phát điện dựa trên ma sát và các ứng dụng di động đang ngày càng trở nên phổ biến. Giờ đây, chỉ với một nguồn năng lượng ổn định từ pin hoặc tụ điện, bạn có thể vận hành thiết bị của mình ở bất cứ đâu và bất cứ lúc nào."

Anh Tuấn (Theo GATECH)