Thiết bị mới khai thác năng lượng do nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc, trong tương lai sẽ thay thế nhu cầu sử dụng pin của một số thiết bị điện tử công suất thấp. Thiết bị mới thu năng lượng từ cả các rung động cơ học và từ trường thải loại ra môi trường xung quanh để sản xuất điện theo cách bền vững đủ cho hoạt động của cảm biến không dây, máy tạo nhịp tim và các ứng dụng khác. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Applied Physics Letters.

Trong những năm qua, khai thác năng lượng là lựa chọn ngày càng thú vị để thay thế pin được sử dụng trong các thiết bị công suất thấp. Trong khi pin có thời hạn sử dụng hạn chế và cần được thay thế hoặc sạc lại thường xuyên, nhưng các thiết bị thu năng lượng có thể hoạt động tự động một cách lý tưởng trong thời gian dài hơn.

Một trong những thách thức lớn của máy thu năng lượng là sản xuất đủ điện năng cho các ứng dụng thực tế. Phương pháp tăng công suất đầu ra là khai thác từ 2 dạng năng lượng trở lên. Chẳng hạn, có nhiều thiết bị thu năng lượng cơ học hoặc năng lượng từ, nhưng rất ít thiết bị khai thác được cả hai dạng năng lượng này, dù thực tế là năng lượng cơ học và năng lượng từ trong môi trường xung quanh thường xuất hiện đồng thời trong môi trường công nghiệp như các máy điện quay.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã chứng minh năng lượng cơ học và năng lượng từ có thể "tương tác", nên khi kết hợp, chúng làm tăng công suất đầu ra tối ưu nhiều hơn mức công suất đạt được nhờ sử dụng từng loại năng lượng. Công suất tăng là nhờ sử dụng một dầm công xôn làm từ vật liệu laminate từ tính/điện áp di chuyển để đáp ứng với cả từ trường và rung động.

Fulei Chu, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã đề xuất ý tưởng áp dụng hai phương thức khai thác năng lượng khác nhau và chứng minh khả năng tương tác của chúng. Như chúng ta đã biết, máy thu năng lượng đã từng được nghiên cứu trong những thập kỷ qua và nhiều phương pháp đã được đề xuất. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế riêng. Thật khó để khắc phục những hạn chế đơn lẻ của máy thu năng lượng. Do đó, khai thác mối liên hệ tương tác là khía cạnh quan trọng cho nghiên cứu”.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng sản lượng điện phụ thuộc vào những kích thích cơ học và từ tính có tần số giống hoặc khác nhau. Nếu các tần số giống nhau, thì chênh lệch pha của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp đầu ra. Mặt khác, nếu các tần số khác nhau, thì sự chênh lệch pha ít ảnh hưởng đến điện áp đầu ra và trên thực tế điện áp đầu ra kết hợp không còn là sóng sin đơn.

Từ đó, các nhà nghiên cứu đã chứng minh những cải tiến về công suất năng lượng, độ tin cậy và công suất đầu ra tối ưu của thiết bị thu năng lượng kết hợp. Nhìn chung, nhóm nghiên cứu tin rằng hiệu suất thiết bị cho thấy rằng phương pháp kết hợp là giải pháp thay thế triển vọng để cấp điện cho các thiết bị điện tử công suất thấp trong tương lai.

Các nhà khoa học dự kiến sẽ nghiên cứu sâu hơn về máy thu năng lượng trong tương lai. Năng lượng gió, năng lượng sóng và nhiều ứng dụng vật liệu thông minh trong các hệ thống năng lượng sẽ là trọng tâm của nghiên cứu.

Nguồn: NASATI