Máy phát điện nhỏ sử dụng thân nhiệt để cấp năng lượng cho thiết bị đeo
Các nhà nghiên cứu tại viện khoa học và công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đã vừa phát triển một thiết bị nhiệt điện dạng vòng đeo tay, dẻo và hiệu suất cao. Thiết bị có thể khai thác nhiệt từ cơ thể để tạo ra một dòng điện nhỏ, đủ để mở rộng thời gian hoạt động cho các thiết bị đeo được đang gần hết pin.
Các thiết bị điện tử cá nhân đang ngày một nhỏ hơn, thiết kế mỏng hơn thì đổi lại thời lượng pin sẽ không thể dài lâu. Những nổ lực trước đây nhằm tạo ra nguồn điện bổ sung cho các thiết bị điện tử cá nhân có thể kể đến như điện thoại tích hợp pin mặt trời hay thiết bị áp điện có thể tạo ra dòng điện khi bị nén hoặc bẻ cong. Tuy nhiên, phát minh trên là một bước tiếp cận có lẽ là lý tưởng hơn để bổ sung nguồn điện cho các thiết bị đeo được. Nhiệt lượng được thải ra tự nhiên từ cơ thể suốt 24 giờ sẽ được khai thác bằng máy phát nhiệt điện.
Cho đến hiện tại, các máy phát nhiện điện được phát triển chủ yếu dựa trên vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ. Nếu dùng vật liệu hữu cơ, thiết bị sẽ có độ dẻo nhưng không đạt hiệu suất cao. Trong khi đó, vật liệu vô cơ lại cho dòng điện đầu ra cao hơn nhưng thường nặng và cứng. Giáo sư Byung Jin Cho cùng các cộng sự tại KAIST đã tìm cách khai thác cả 2 đặc tính này bằng việc phát triển một chiếc máy phát có cả độ dẻo lẫn công suất đầu ra tương đối. Để thực hiện, nhóm nghiên cứu ban đầu chế tạo một vật liệu dẻo giống chất lỏng của bán dẫn loại n và loại p. Sau đó, vật liệu được nhúng vào bên trong một lớp vải dệt bằng sợi thủy tinh dẻo và nhẹ. Vật liệu nhúng trong sợi thủy tinh tạo thành hàng trăm điểm bán dẫn loại n và loại p, xếp theo thứ tự xen kẽ nhau.
Ưu điểm của thiết kế này là thiết bị không cần đến các lớp phủ ngoài dày hơn để hỗ trợ cơ học cho cấu trúc. Đây cũng chính là yếu tố khiến các thiết bị nhiệt điện trước đây thường to, nặng, cứng và không hiệu quả. Thay vào đó, trong thiết kế mới, vải dệt bàng sợi thủy tinh bọc ngoài vật liệu nhiệt điện mà không tạo nên độ dày, vừa đáp ứng tính dẻo và hiệu suất, qua đó mở ra tiềm năng áp dụng vào các thiết bị điện tử đeo được.
Các nhà nghiên cứu cho biết một máy phát nhiệt điện giống như vòng đeo tay với kích thước 10 x 10 cm sử dụng công nghệ trên chỉ nặng khoảng 13 g và tạo ra 40 mW điện đầu ra ở nhiệt độ phòng. Dĩ nhiên con số này khá nhỏ để có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng cho các thiết bị điện tử cá nhân, chẳng hạn như iPad 2 cần đến 3 W nhưng nó có thể cung cấp cho các thiết bị đeo được như đồng hồ thông minh dùng màn hình e-ink như Pebble, vòng đeo tay Fitbit Force hay các loại quần áo thông minh có thể giám sát sức khỏe.
Giáo sư Cho cũng cho biết công nghệ có thể áp dụng lên các lĩnh vực ngoài thiết bị điện tử cá nhân như xe hơi, nhà xưởng, máy bay, tàu biển và các hệ thống khi vận hành giải phóng rất nhiều nhiệt lãng phí. Một bài báo chi tiết về thiết bị đã vừa được đăng tải trên tạp chí Energy & Environmental Science.
