Sản xuất điện từ 'đám mây' nhân tạo sẽ giải bài toán thiếu điện trong tương lai

Một nghiên cứu mới đã đề xuất phương pháp cho phép bất kỳ vật liệu nào cũng có thể cung cấp nguồn điện ổn định từ độ ẩm trong không khí. Tất cả những thiết bị cần thiết gồm một cặp điện cực và một vật liệu đặc biệt với nhiều lỗ nhỏ có đường kính dưới 100 nanomet (nhỏ hơn 1/1000 độ dày của sợi tóc con người).

Về cơ chế hoạt động của thiết bi, theo tạp chí Advanced Materials, nước chảy qua các lỗ nhỏ, tạo ra điện từ sự tích tụ điện tích do các phân tử nước mang theo. Về cơ bản, quá trình này giống cách các đám mây tạo ra điện bằng cách giải phóng điện năng dưới dạng các tia sét. Vì độ ẩm luôn tồn tại trong không khí, thiết bị có thể hoạt động cả ngày lẫn đêm, trong bất kỳ điều kiện thời tiết nào, không giống như việc sản xuất các dạng năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió hay năng lượng mặt trời.

Theo tác giả nghiên cứu cao cấp Jun Yao, một kỹ sư điện tại Đại học Massachusetts Amherst, phát hiện gần đây dựa trên thực tế cho thấy không khí chứa đầy điện tích: Các đám mây tích tụ điện tích. Tuy nhiên, rất khó để lấy điện từ đám mây.

Thay vào đó, Yao và các đồng nghiệp nhận thấy có thể tái tạo nó. Trước đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một thiết bị sử dụng protein có nguồn gốc từ vi khuẩn để phát ra điện từ độ ẩm trong không khí. Nhưng sau đó, họ nhận ra có nhiều vật liệu khác cũng có đặc tính tương tự, miễn là chúng được tạo ra với các lỗ đủ nhỏ. Theo nghiên cứu mới, loại thiết bị khai thác năng lượng này - mà các tác giả nghiên cứu đã đặt tên là "Air-gen", đề cập đến khả năng lấy điện từ không khí - có thể được tạo ra từ “một loạt các chất vô cơ, hữu cơ và vật liệu sinh học.”

Các phân tử nước có thể di chuyển khoảng 100 nanomet trong không khí trước khi "va" vào nhau. Khi nước di chuyển qua một vật liệu mỏng có những lỗ có kích thước chính xác này, điện tích có xu hướng tích tụ ở phần trên của vật liệu đó. Do có ít phân tử đến được lớp dưới hơn nên điều này tạo ra sự mất cân bằng điện tích tương tự như hiện tượng trong đám mây — về cơ bản tạo ra một loại pin chạy bằng độ ẩm, thứ dường như không chỉ hữu ích trong việc làm xoăn tóc. Các điện cực trên cả hai mặt của vật liệu sau đó mang điện đến bất cứ thứ gì cần cấp nguồn.

Và vì những vật liệu này quá mỏng, chúng có thể được xếp chồng lên nhau và thậm chí tạo ra nhiều kilowatt năng lượng.

Trong tương lai, Yao hình dung ra mọi thứ từ các thiết bị Air-gen quy mô nhỏ có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo được cho đến những thiết bị có thể cung cấp đủ năng lượng cho cả một hộ gia đình.

Tuy nhiên, trước khi bất kỳ điều gì trong số đó có thể xảy ra, Yao cho biết nhóm của Yao cần tìm ra cách thu điện trên diện tích bề mặt lớn hơn và cách tốt nhất để xếp chồng các tấm theo chiều dọc để tăng công suất của thiết bị mà không chiếm thêm không gian.

Tuy nhiên, anh ấy rất hào hứng với tiềm năng trong tương lai của công nghệ. “Ước mơ của tôi là một ngày nào đó chúng ta có thể sử dụng điện sạch ở mọi nơi, mọi lúc bằng cách sử dụng công nghệ Air-gen", Yao cho biết.