Gel linh hoạt biến nhiệt cơ thể thành năng lượng cho thiết bị đeo thế hệ mới
Một loại vật liệu mềm do các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Queensland (QUT) phát triển có khả năng chuyển đổi nhiệt cơ thể thành điện năng, mở ra cánh cửa cho các thiết bị đeo tự cấp nguồn và công nghệ năng lượng bền vững hơn.
Công trình được công bố trên tạp chí Angewandte Chemie International Edition cho thấy hydrogel linh hoạt này có thể thu giữ nhiệt thải và biến nó thành điện năng với hiệu suất kỷ lục. Bài báo có tiêu đề “Ionic Coordination and Hierarchical Architecture Enable Record n-Type Thermoelectric Efficiency in Soft Hydrogels”.
Giáo sư Zhi-Gang Chen, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết phát hiện này có thể giúp cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử đeo trong tương lai mà không cần phụ thuộc nhiều vào pin truyền thống.
“Với loại gel này, chúng tôi chứng minh rằng có thể biến nhiệt vốn bị lãng phí – chẳng hạn như nhiệt cơ thể – thành nguồn năng lượng hữu ích,” ông Chen chia sẻ. “Đáng chú ý, một thiết bị nhỏ chỉ 10mm vuông có thể tạo ra khoảng 0,46 volt. Dù con số này còn nhỏ, nhưng nó cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế rất lớn.”
Nghiên cứu được dẫn dắt bởi các nhà khoa học QUT gồm Chenyang Zhang, Tiến sĩ XiaoLei Shi, Wenyi Chen và Tiến sĩ Qian Liu, cùng Giáo sư Zhi-Gang Chen từ Trường Hóa học và Vật lý QUT và Trung tâm Nghiên cứu ARC về phát điện không phát thải hướng tới trung hòa carbon. Các cựu nghiên cứu sinh Tianyi Cao, Boxuan Hu và Shuai Sun cũng tham gia dự án.
Theo Giáo sư Chen, công nghệ này hoạt động bằng cách kiểm soát sự di chuyển của các hạt mang điện trong mạng lưới polymer mềm, cho phép vật liệu tạo ra điện hiệu quả từ những chênh lệch nhiệt độ nhỏ – chẳng hạn như nhiệt tự nhiên từ cơ thể người. Khác với các vật liệu nhiệt điện truyền thống vốn cứng, đắt đỏ và khó mở rộng, hydrogel mới này mềm, linh hoạt, chi phí thấp, dễ sản xuất hàng loạt và vẫn đạt hiệu suất cao ở nhiệt độ phòng.
Ứng dụng tiềm năng của công nghệ bao gồm:
- Thiết bị theo dõi sức khỏe không cần pin
- Vải thông minh và e-textiles
- Cảm biến tự cấp nguồn và các thiết bị IoT
- Hệ thống thu hồi nhiệt thải để tái sử dụng thành năng lượng
Nghiên cứu này tiếp nối chuỗi công bố quan trọng trong vài năm qua của nhóm Giáo sư Chen, tập trung vào vấn đề lượng lớn năng lượng bị thất thoát toàn cầu dưới dạng nhiệt thải.
“Từ việc cung cấp năng lượng cho thiết bị đeo đến giảm phát thải, những công nghệ mới như thế này có tiềm năng thay đổi cách chúng ta thu giữ và sử dụng năng lượng trong đời sống hằng ngày,” ông Chen nhấn mạnh.