Sinh viên làm máy phát điện từ ma sát bước chân

Máy phát điện nano ma sát BK TENG do 11 sinh viên nghiên cứu chế tạo, dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Văn Tiến, TS Võ Thanh Hằng và ThS Châu Ngọc Mai. Sinh viên Lê Hoàng Minh, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, ý tưởng làm ra một chiếc máy phát điện từ bước chân của nhóm bắt nguồn từ con đường phát điện ở London (Anh). Một lần tình cờ, Minh và nhóm bạn đọc được thông tin về con đường có thể tạo ra năng lượng từ chính những bước chân của người đi bộ có tên gọi Pavegen. Nhờ trọng lượng của người đi tác động lên những tấm gạch lát, tạo ra điện dùng để thắp sáng đường phố.

Yêu thích vật lý, nhóm bắt tay vào tìm hiểu với sự tò mò: Liệu mình có thể làm ra được những con đường tương tự trong trường học, nơi có rất nhiều người đi lại mỗi ngày? Tháng 8/2020, Minh cùng nhóm bạn bắt tay vào nghiên cứu máy phát điện nano ma sát, đặt tên là dự án TENG (Triboelectric Nanogenerator).

Nhóm nghiên cứu BK TENG hy vọng sản phẩm sớm được đưa vào ứng dụng. Ảnh: NVCC

Từ lý thuyết đến thực tế không đơn giản như Minh nghĩ. Bắt tay vào làm, nhóm có đến 5 lần thử nghiệm thất bại. Lý do chủ yếu vì chưa chế tạo được bề mặt vi cấu trúc và chưa đạt hiệu quả phát điện theo yêu cầu. Đến lần thứ sáu, nhóm mới có được sản phẩm hoàn thiện. Vật liệu làm máy được tận dụng từ CD tái chế, nhựa Polystyrene (PS), thậm chí là cả từ rác thải Polyvinylchloride (PVC). Thiết bị được chế tạo bằng phương pháp phân pha nâng cao, đổ khuôn chế tạo các màng nano convex polydimethysiloxame (PDMS), mô phỏng cấu trúc tự nhiên của loài ong.

Để phát điện, có 4 cơ chế gồm tiếp xúc - tách rời, trượt ngang, chế độ điện cực đơn và chế độ tự do. Nhóm chọn chế độ tiếp xúc - tách rời, tạo ra điện nhờ hiện tượng ma sát giữa hai bề mặt vật liệu với hai lớp vật liệu (tích điện dương và tích điện âm). Bề mặt vật liệu đã được nhóm biến tính giúp tăng hiệu quả ma sát làm tăng khả năng phát điện.

Máy phát điện nano ma sát BK TENG. Ảnh: Nhóm nghiên cứu

Thiết bị được thiết kế kết nối với bộ phận thu hồi điện, hoạt động trên nguyên tắc phát điện nano ma sát, thu năng lượng cơ học chuyển đổi thành điện năng. Theo đó, điện thế tĩnh điện sẽ được hình thành khi tiếp xúc bề mặt của hai vật có ái lực electron khác nhau để chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện sử dụng được. Khi hai bề mặt vật liệu được tiếp xúc và tách ra, tạo nên hiện tượng nhiễm điện dương ở một bề mặt vật liệu và nhiễm điện âm ở bề mặt vật liệu còn lại. Kết quả trong phòng thí nghiệm cho thấy, một thiết bị kích thước 5x5 cm có thể thắp sáng hơn 200 đèn Leds nhỏ.

Theo nhóm nghiên cứu, máy có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như máy thu năng lượng, cấp nguồn cho các thiết bị điện tử di động, cảm biến chống trộm, da nhân tạo, thiết bị theo dõi sức khỏe, các thiết bị điện tử như đồng hồ đeo tay, thiết bị theo dõi sức khỏe cho bệnh nhân... Một máy kích thước 5x5cm có giá bán dự kiến khoảng 57.000 đồng. Tùy theo yêu cầu khách hàng cũng như quy mô lắp đặt, nhóm sẽ sản xuất với kích thước tương ứng.

Nhóm đang sở hữu phương pháp chế tạo cấu trúc nano tạo bề mặt ma sát độc quyền do TS Bùi Văn Tiến, giảng viên khoa Công nghệ Vật liệu trường Đại học Bách Khoa nghiên cứu phát triển, đã được cấp bằng sáng chế ở Mỹ.

TS Võ Thanh Hằng, khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại khọc Bách khoa TP HCM đánh giá đây là dự án tiềm năng, có thể triển khai trong thực tế. Công nghệ áp dụng đã được bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ. Đây là nguồn năng lượng mới, chưa được nghiên cứu ở Việt Nam và cũng chưa có sản phẩm nào tương tự trên thị trường. Trước mắt, thiết bị có thể được ứng dụng trong các trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, các tuyến phố phố đi bộ... phù hợp để triển khai thành phố thông minh.

TS Hằng cũng cho biết, trước mắt nhóm đã thành công chế tạo mô hình phát điện bằng vật liệu thảm. Khi tình hình dịch ổn định, nhóm dự kiến triển khai chế tạo và lắp đặt 1m² thảm điện và thử nghiệm thực tế tại trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP HCM.

Sản phẩm BK TENG vừa lọt vào top 5 sản phẩm vòng chung kết cuộc thi "Sinh viên với quyền sở hữu trí tuệ 2021" do Đại học Quốc gia TP HCM phối hợp với Cục Sở hữu Trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức. Cuộc thi với chủ đề "Từ ý tưởng đến cơ hội kinh doanh" dành cho sinh viên khu vực phía Nam thực hiện các dự án khởi nghiệp đổi mới sáng tạo ứng dụng nền tảng công nghệ số.