Phát Minh Sợi Chỉ Carbon Sinh Điện Khi Kéo Dãn

Khoảng cuối tháng 08/2017, một phát minh đang chờ cấp bằng sáng chế của các nhà nghiên cứu đến từ trường đại học Texas, Dallas (UT Dallas), được gọi là “twistron”, hứa hẹn sẽ có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ sợi dệt cấp điện cho các thiết bị điện năng thấp cho đến các hệ thống khai thác năng lượng từ sóng biển. Để dễ hình dung, phát minh mới là một loại sợi bằng vật liệu ống nano carbon, có thể phát điện khi bị kéo dãn.

Ý tưởng mới rất đơn giản. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu sử dụng một hỗn hợp ống nano carbon và bện quanh một sợi chỉ, tương tự như bện len, sao cho tạo ra được một cấu trúc có thể phân bổ lực nén xuyên suốt các ống nano carbon. Sau đó, nhóm nghiên cứu sẽ vặn xoắn sợi chỉ và ống nano để tạo thành một cuộn dây có hình dạng giống như dây nối ống nghe của điện thoại bàn.

Khi cuộn dây Twistron được kéo dãn, sức căng bên trong và ma sát giải phóng các điện tích từ ống nano carbon. Để thu thập điện tích, twistron sẽ được nhúng vào một dung dịch nước chứa ion hòa tan như acid hydrochloric. Dung dịch sẽ đóng vai trò là chất điện phân giúp vận chuyển điện tích đến các điện cực đặt gần đó. Khi đạt được độ căng tối đa, một sợi twistron trọng lượng chỉ vài mg chỉ có thể sản sinh một lượng điện năng rất nhỏ. Nhưng nếu là một kg sợi chỉ bọc ống nano carbon được kéo căng cùng lúc, công suất có thể đạt đến 250 W. Bên cạnh đó, twistron còn có độ bền cao khi chịu được chu kỳ kéo dãn/nghỉ 30 lần mỗi giây.

Clip: https://www.youtube.com/watch?v=Lt2vGlC4uRc

Ray Baughman, người đứng đầu viện công nghệ nano thuộc đại học UT Dallas cho biết: “Việc thu thập năng lượng điện từ chuyển động của con người là một trong những chiến lược nhằm loại bỏ nhu cầu sử dụng pin. Những sợi twistron có thể tạo ra lượng điện năng trên trọng lượng khi được kéo dãn cao hơn hàng trăm lần so với các loại sợi dành cho thiết bị đeo có thể phát điện khác”

Một trong những ứng dụng đầu tiên của twistron là tích hợp vào những thứ để mặc hay đeo, chẳng hạn như vải và khi được kéo căng do sự vận động của cơ thể, chúng có thể phát điện cho các thiết bị điện tử cỡ nhỏ. Cần lưu ý là twistron cần phải được nhúng vào chất điện phân để hoạt động. Các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một giải pháp là một loại chất điện phân thể rắn, một loại muối polymer có thể bọc lấy sợi twistron và cho phép nó tạo ra điện mà không cần làm ướt bằng chất điện phân dạng lỏng.

Trong thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã may những sợi twistron vào một chiếc áo. Áo đã tạo ra một lượng điện năng nhỏ nhưng đủ dùng từ cử động hít thở thông thường của người mặc. Đối với những thiết bị dùng điện năng thấp, chẳng hạn như thiết bị truyền phát không dây, vốn chỉ cần điện năng để gởi đi những loạt tín hiệu vài phút/lần, lượng điện năng tạo ra từ sợi twistron hoàn toàn có khả năng để đáp ứng.

Một ứng dụng khác của twistron cũng đã được các nhà nghiên cứu thử nghiệm, là khai thác chuyển động của sóng trên đại dương. Shi Hyeong Kim, một thành viên của nhóm nghiên cứu, đã gắn một khối nặng vào một quả bóng bằng sợi twistron và đem thả tại một vùng biển mặn ở Hàn Quốc. Chuyển động của sóng đã khiến sợi twistron được kéo căng rồi trở lại trạng thái nghỉ, từ đó tạo ra điện. Thử nghiệm hoàn toàn có thể tăng quy mô và có thể mở ra một loại hình khai thác năng lượng mới từ biển. Nếu các bộ thu thập điện năng từ twistron có thể được làm rẻ hơn, chúng có thể được dùng để thu thập một lượng điện năng khổng lồ từ sóng biển.