Nhóm nghiên cứu tại Đại học Northwestern phát triển pin nhiên liệu mới thu năng lượng khi vi sinh vật phân giải đất.
Phần nắp in 3D của pin nhô lên khỏi mặt đất. (Ảnh: Bill Yen/Northwestern University).
Pin chạy bằng đất có kích thước tương đương cuốn sách nhỏ, cung cấp giải pháp thay thế khả thi cho pin trong các cảm biến dưới lòng đất dùng cho nông nghiệp, Interesting Engineering hôm 16/1 đưa tin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.
Nhóm chuyên gia nhấn mạnh độ bền của pin nhiên liệu mới, đề cập đến khả năng chống chọi với các điều kiện môi trường khác nhau, bao gồm cả đất khô cằn và những vùng dễ ngập lụt.
“Những vi sinh vật này rất dồi dào, chúng sống trong đất ở khắp nơi. Chúng tôi có thể sử dụng những hệ thống thiết kế đơn giản để thu được điện từ chúng. Chúng tôi sẽ không cung cấp điện cho toàn bộ thành phố với lượng điện này. Nhưng chúng tôi có thể thu lượng điện nhỏ để phục vụ những ứng dụng thiết thực và cần ít năng lượng”, George Wells, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.
Các hóa chất từ pin có thể thấm vào đất. Do đó, công nghệ mới cũng là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường, loại bỏ những lo ngại liên quan đến các thành phần pin độc hại và dễ cháy.
Pin nhiên liệu mới sử dụng vải carbon cho cực anode và kim loại trơ, dẫn điện, cho cực cathode. Nhóm nghiên cứu dùng vật liệu chống nước trên bề mặt cực cathode, cho phép nó hoạt động khi ngập lụt và đảm bảo khô dần sau khi bị ngâm nước.
Pin nhiên liệu sạch trong phòng thí nghiệm (trái) và khi dính đất (phải). (Ảnh: Bill Yen/Northwestern University)
Nguyên mẫu pin nhiên liệu hoạt động hiệu quả, tạo ra lượng điện gấp 68 lần mức cần thiết để chạy các cảm biến của nó. Pin cũng đủ chắc chắn để vượt qua những biến động lớn về độ ẩm của đất. Nhóm chuyên gia cũng kết nối cảm biến đất với một ăng-ten nhỏ để liên lạc không dây. Điều này cho phép pin nhiên liệu truyền dữ liệu đến một trạm gần đó. Đáng chú ý, pin nhiên liệu mới không chỉ hoạt động được trong cả điều kiện khô ráo lẫn ẩm ướt mà còn hoạt động bền hơn các công nghệ tương tự khoảng 120%.
“Số lượng thiết bị trong mạng lưới Internet Vạn Vật (Internet of Things) không ngừng tăng lên. Nếu hình dung một tương lai với hàng nghìn tỷ thiết bị này, chúng ta không thể chế tạo tất cả chúng bằng lithium, kim loại nặng và những chất độc nguy hiểm cho môi trường”, Bill Yen, người đứng đầu nghiên cứu mới, cho biết.
“Chúng ta cần tìm những giải pháp thay thế có thể cung cấp mức năng lượng nhỏ để vận hành mạng lưới thiết bị phi tập trung. Để tìm kiếm giải pháp, chúng tôi đã nghiên cứu pin nhiên liệu vi sinh vật trong đất, sử dụng các vi sinh vật đặc biệt để phân giải đất và cung cấp lượng điện nhỏ này cho các cảm biến. Chỉ cần có carbon hữu cơ trong đất để vi sinh vật phân giải, pin nhiên liệu có thể tồn tại vĩnh viễn”, Yen kết luận.