Buzz
Công nghệ đột phá của Trung Quốc được kỳ vọng sẽ làm thay đổi phương thức giám sát và vận hành các lưới điện trong tương lai.
Các nhà khoa học tại Đại học Hà Nam (Trung Quốc) vừa công bố một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực vật liệu nano. Họ đã phát triển thành công loại sợi gốm mới có khả năng nâng cao hiệu suất phát điện của máy phát điện nano áp điện (PENGs) lên gấp ba lần, một công nghệ hứa hẹn sẽ thay đổi cách thức giám sát và vận hành lưới điện trong tương lai.
Máy phát điện nano áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý vật liệu áp điện, khi bị nén, kéo giãn hoặc rung lắc, các vật liệu này sẽ tạo ra điện năng. Các hệ thống PENG tận dụng dao động cơ học cực kỳ nhỏ, như những rung động của dây điện truyền tải, chuyển động cơ thể con người hoặc hoạt động của các máy móc, để thu năng lượng. Tuy nhiên, hiệu suất phát điện của PENGs cho đến nay vẫn quá thấp, làm khó khăn trong việc tích hợp vào các hệ thống cảm biến thực tế.
Ảnh chụp sợi gốm dưới kính hiển vi.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra loại sợi gốm dạng nhánh, sử dụng vật liệu BCZT (barium-calcium-zirconium-titanate) phủ lớp hạt nano bạc. Cấu trúc dị thể (heterostructure) giữa bạc và gốm giúp cải thiện đáng kể khả năng phân tách và vận chuyển điện tích, tạo ra "lối đi riêng" cho dòng điện di chuyển một cách hiệu quả hơn.
Theo nhóm nghiên cứu, khi chịu tác động, sợi gốm này sẽ tạo ra các rào năng lượng Schottky, giúp định hướng dòng điện tích di chuyển theo đúng hướng, thay vì bị phân tán như các vật liệu truyền thống.
Nhờ sự cải tiến này, khả năng phân cực của vật liệu được nâng cao, đồng thời việc vận chuyển điện tích cũng trở nên nhanh chóng và chính xác hơn. Khi được trộn với nhựa PVDF, máy phát điện nano có thể tạo ra công suất lên đến 96,4 volt và 15,52 microampe, gấp 3 đến 6 lần so với vật liệu không chứa sợi đặc biệt này.
Không chỉ dừng lại ở lý thuyết, nhóm nghiên cứu còn tạo ra một nguyên mẫu hệ thống giám sát đường dây điện, sử dụng chính vật liệu này. Thiết bị có khả năng tự thu năng lượng từ dao động của dây dẫn mà không cần pin. Khi kết hợp với mạch điện tử, kết nối không dây và trí tuệ nhân tạo, hệ thống có thể phát hiện chính xác tới 96% trạng thái hoạt động của thiết bị chống rung, cho biết nó đang hoạt động bình thường, sắp hỏng hay đã hỏng hẳn.
Điều này mở ra tiềm năng rất lớn cho việc ứng dụng vào các cảm biến thông minh tự cung cấp năng lượng trong ngành điện lực, giúp giảm chi phí, nâng cao độ an toàn và rút ngắn thời gian bảo trì.
Tuy nhiên, đây mới chỉ là kết quả ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu. Theo Giáo sư Lỗ Hạo Uy, chuyên gia về vật liệu tại Trường Vật lý và Điện tử, Đại học Hà Nam, vẫn còn rất nhiều thử thách cần vượt qua trước khi có thể triển khai rộng rãi trong thực tế.
Cụ thể, nhóm nghiên cứu cần tăng cường hiệu suất phát điện, đảm bảo sự tích hợp mượt mà với hệ thống điện tử, hoạt động ổn định mà không cần nguồn dự phòng, và đặc biệt là kiểm tra khả năng hoạt động trong các điều kiện phức tạp của lưới điện thực tế.
