Máy phát điện nhiệt điện đeo được tạo ra điện từ nhiệt độ cơ thể

Máy phát điện nhiệt điện, chuyển đổi sự chênh lệch nhiệt độ thành điện năng, đang thu hút sự chú ý như một công nghệ năng lượng thế hệ tiếp theo cho các thiết bị điện tử đeo được vì chúng có thể cung cấp năng lượng mà không cần pin. Đặc biệt, máy phát điện nhiệt điện màng mỏng nhẹ và linh hoạt, cho phép chúng được gắn thoải mái vào da hoặc quần áo. Tuy nhiên, cấu trúc mỏng này cũng có một hạn chế. Máy phát điện nhiệt điện cần sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt nóng và mặt lạnh để tạo ra điện. Khi thiết bị như vậy được gắn phẳng vào da, nhiệt độ cơ thể sẽ truyền trực tiếp qua màng mỏng và tản ra không khí xung quanh - tương tự như nhiệt truyền qua một tờ giấy. Do đó, hầu như không có sự chênh lệch nhiệt độ nào được hình thành trên toàn bộ thiết bị, khiến việc tạo ra điện năng trở nên khó khăn.

Các nghiên cứu trước đây đã cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cách uốn cong thiết bị hoặc xây dựng các cấu trúc ba chiều dạng cột. Tuy nhiên, những phương pháp này làm tăng độ dày và thể tích, làm mất đi lợi thế của các thiết bị màng mỏng, linh hoạt. Để giải quyết thách thức này, nhóm của GS. Jeonghun Kwak (Đại học Quốc gia Seoul – Hàn Quốc) với các đồng tác giả chính là TS. Juhyung Park và TS. Sun Hong Kim đã đề xuất một phương pháp mới về cơ bản điều hướng dòng nhiệt.

Họ đã thiết kế thành công một "chất nền dẫn nhiệt kép" bằng cách kết hợp các hạt nano đồng dẫn nhiệt vào chỉ những vùng được chọn của chất nền silicon co giãn (PDMS), tạo ra các vùng có độ dẫn nhiệt cao và thấp trong cùng một chất nền. Khi các chất bán dẫn nhiệt điện được đặt ở ranh giới giữa các vùng này, nhiệt từ bề mặt không thoát ra theo chiều dọc mà thay vào đó chảy theo chiều ngang dọc theo vùng dẫn nhiệt cao. Kết quả là, các vùng tương đối ấm và lạnh hình thành trên bề mặt chất nền, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ cho phép tạo ra điện năng ngay cả trong cấu trúc màng mỏng. Thông qua phương pháp này, nghiên cứu là nghiên cứu đầu tiên chứng minh rằng điện năng có thể được tạo ra ngay cả trong các màng mỏng bằng cách duy trì sự chênh lệch nhiệt độ thông qua cấu trúc chất nền mới giúp chuyển hướng dòng nhiệt. Nhóm nghiên cứu đã đặt tên cho công nghệ này là "máy phát điện nhiệt điện ngang giả", vì về mặt cấu trúc, nó mô phỏng hiệu ứng nhiệt điện ngang thông thường.

Máy phát điện nhiệt điện đeo được có thể chuyển đổi nhiệt lượng cơ thể thành điện năng ngay cả trong cấu hình hoàn toàn phẳng, mà không cần uốn cong hoặc biến dạng cấu trúc. Máy được chế tạo bằng quy trình in dựa trên mực, đảm bảo tính linh hoạt cao. Ngoài ra, thiết bị còn có khả năng mở rộng, cho phép thiết kế kích thước và hình dạng một cách tự do và dễ dàng mở rộng quy mô, tương tự như việc lắp ráp các khối mô-đun. Những tính năng này được kỳ vọng sẽ cho phép máy phát điện nhiệt điện ngang giả đeo được được sử dụng rộng rãi như một công nghệ năng lượng tự cấp nguồn cho nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm quần áo thông minh, cảm biến theo dõi sức khỏe và thiết bị điện tử đeo được.

Theo GS. Jeonghun Kwak, công nghệ này có tiềm năng lớn để được sử dụng làm nguồn năng lượng cho nhiều loại cảm biến và thiết bị điện tử đeo được có thể gắn vào da hoặc quần áo.

Hoàng Kim - Theo https://techxplore.com/