Tổng hợp công nghệ năng lượng - pin có thể phát triển trên Robot 90116

Đăng lúc: Thứ ba - 12/01/2016 09:24 - Người đăng bài viết: SuperG
WattUp của Energous

WattUp của Energous

Một nghịch lý thật đáng buồn là ngành công nghiệp pin vẫn dậm chân tại chỗ suốt nhiều thập kỉ. Tuy nhiên, một loạt các nghiên cứu về pin mới đây có thể làm thay đổi thực trạng này. Hãy cũng tìm hiểu.

Bài viết dưới đây tổng hợp những nghiên cứu, phát minh khả thi nhất sẽ đảm nhận vai trò là nguồn năng lượng mới cho thiết bị công nghệ trong tương lai.

1) Sạc siêu tốc 60 giây Aluminum-ion

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Các nhà khoa học tại đại học Stanford đã phát triển một loại pin mới sử dụng tế bào Nhôm và than chì (Aluminum graphite) có thể sạc đầy smartphone trong khoảng một phút.

Sự kết hợp giữa nhôm và than chì sẽ giúp cho chúng có hiệu suất cao, tuổi thọ lâu hơn và an toàn hơn. Tuy nhiên, nguyên mẫu pin Aluminum-ion trong phòng thí nghiệm cho ra công suất thấp hơn gấp đôi so với pin Lithium-ion truyền thống. Cụ thể, mật độ năng lượng điện trung bình trên mỗi kilogram ở pin Lithium-ion là 100 watt, còn với Aluminum-ion thì chỉ dao động trong khoảng 40 watt.

Nhóm nghiên cứu của đại học Stanford lạc quan cho rằng vấn đề này sẽ được sớm khắc phục.

2) Pin Alfa – trụ được 14 ngày và hoạt động nhờ nước

Một bước đột phá về pin Nhôm – không khí cho công suất gấp 40 lần pin Lithium-ion.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Loại pin này có thể sạc lại bằng cách nhúng vào nước. Mỗi lần thao tác như vậy nó có thể hoạt động được 14 ngày liên tục. Công suất của pin là 8100 watt/kg, gấp 40 lần so với lithium-ion. Thật đáng kinh ngạc!

Theo chủ nhân của nó, nhà sản xuất Fuji Pigment (Nhật Bản) thì sản phẩm sẽ ra mắt vào cuối năm nay. Chúng ta hi vọng sẽ sớm nhìn thấy xự hiện diện của loại pin này trên xe điện – bằng cách tận dụng các vòi phun nước cứu hỏa sẵn có tại các trạm xăng để nạp thêm năng lượng cho xe.

3) Pin co giãn

Một nhóm nghiên cứu tại đại học bang Arizona, Mỹ đã phát triển thành công thỏi pin có khả năng kéo giãn, dùng cho đồng hồ thông minh và các thiết bị điện tử đeo được. Ý tưởng của nó bắt nguồn từ bộ môn xếp giấy nghệ thuật Kirigamicủa Nhật Bản (một biến thể từ Origami).

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Thỏi pin được làm bằng một loại vữa gồm than chì (graphite) và Lithium cobalt dioxide, khi kết hợp cùng nhau chúng có khả năng lưu trữ và phóng điện. Nhờ sử dụng kỹ thuật phủ loại vữa này lên các lá nhôm đã được tạo hình Kirigami, thỏi pin này có thể dễ dàng uốn dẻo để tích hợp vào dây đeo của các thiết bị wearable. Xa hơn nữa, họ có thể dệt thỏi pin này vào quần áo nhằm phục vụ nhu cầu theo dõi sức khỏe người dùng.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai
Ý tưởng từ nghệ thuật gấp giấy Nhật Bản

Nhóm nghiên cứu cho biết thỏi pin này đã có thể làm hoạt động chiếc đồng hồ Samsung Gear 2 sau khi được kéo giãn. Trước sự phát triển nhanh chóng các thiết bị uốn dẻo đeo như hiện này, cơ hội cho pin kéo giãn là rất lớn trong tương lai không xa.

4) Năng lượng từ bề mặt da người

Tận dụng sức mạnh của sự ma sát, một thiết bị được phát triển bởi đại học quốc gia Singapore (NUS) có thể khai thác triệt để nguồn năng lượng điện từ da người. Năng lượng này đủ để thắp sáng 12 bóng đèn LED.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Điều này đồng nghĩa với việc sẽ không còn cần thiết khi sử dụng pin cho thiết bị wearable hay quần áo thông minh trong tương lai nữa.

Nó hoạt động như thế nào? Một điện cực được dùng để thu dòng điện là mẫu giấy bạc dày 50nm. Trên bề mặt của giấy chứa hàng nghìn tế bào silicone có kích thước cực tiểu giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc da.

Khi người dùng cử động, nguồn năng lượng cơ học do ma sát với da được chuyển đổi thành năng lượng điện và năng lượng thu được sẽ tích trữ trong mẫu giấy bạc.

5) Sạc dự phòng Lumopack – nạp đầy iPhone trong 6 phút

Nếu có sản phẩm chỉ cần 6 phút để sạc đầy và cung cấp đủ pin cho một chiếc iPhone, bạn sẽ thử chứ? Lumopack là một sản phẩm như thế.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Sử dụng công nghệ Metal Organic Frameworks (MOF) và hoạt động với công suất 140W nên Lumopack có thể tự nạp đầy trong 30 phút, nạp đầy cácsmartphone từ 6 – 9 phút. Các cell pin tích hợp có khả năng duy trì hiệu suất sau hơn 1000 chu kỳ nạp xả, gấp 2-3 lần so với tiêu chuẩn công nghệ hiện nay.

Sản phẩm hiện đang gây quỹ trên Kickstarter và bạn được giảm 35% khi đóng góp 69 USD (1,5 triệu đồng) cho dự án. Nếu chi thêm 10 USD, bạn còn được nhận thêm cáp sạc và phụ kiện bảo vệ. Sản phẩm xuất xưởng trong tháng 10.

6) Pin “xếp hình” Jenax J.Flex

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Tại triển lãm thiết bị điện tử đeo được (Wearable Expo) đầu năm nay tại Tokyo, công ty Hàn Quốc Jenax đã giới thiệu loại pin có thể uốn cong, gấp lại hay vo tròn như giấy, có tên J.Flex, tương tự như nghiên cứu được đề cập ở mục 3. Tuy nhiên, ưu điểm của J.Flex là có thêm khả năng chống nước.

J.Flex đã vượt qua các bài thử nghiệm an toàn – nó đã được gấp lại hơn 200.000 lần mà không có bất kỳ ảnh hưởng nào đến hiệu suất.

7) Sạc pin qua không khí Ubeam

Khám phá mới từ công ty khởi nghiệp có tên uBeam cho phép bạn sạc thiết bị như sạc không dây mà không nhất thiết phải đặt 2 thiết bị gần nhau. uBeam dùng sóng siêu âm để truyền tải điện năng. Năng lượng điện được chuyển đổi thành sóng âm để truyền đi, và sau đó được chuyển ngược lại thành năng lượng điện khi nó tới thiết bị nhận.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

uBeam được tình cờ phát triển bởi nữ nghiên cứu sinh 25 tuổi – Meredith Perry. Để hiện thực hóa công nghệ này, cô đã sáng lập nên công ty Ubeam và phát triển công nghệ sạc pin qua các bộ phát sóng dày 5 mm. Những bộ phát sóng này có thể gắn vào tường, tích hợp vào các vật trang trí, nội thất trong nhà để có thể phát điện đến điện thoại thông minh, máy tính bảng hay laptop.

Hiện tại công ty của Meredith đang cung cấp giải pháp này cho các quán cà phê, nhà hàng, khách sạn.

8) Năng lượng từ sương mù

Công nghệ pin mới này đang được các nhà khoa học tại MIT nghiên cứu và đã có những thành công bước đầu trong việc tìm ra cách để hấp thụ năng lượng từ sương trong không khí.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Thiết bị tạo ra điện năng này sử dụng các tấm kim loại phẳng xen kẽ để tạo ra điện từ các hạt sương trong không khí. Thử nghiệm ban đầu của các nhà nghiên cứu cho thấy thiết bị này có thể sản xuất một lượng nhỏ năng lượng khoảng 15 picowatt. Nhưng theo Nenad Milijkovic, người đứng đầu dự án này thì mức năng lượng này có thể tăng lên khoảng 1 microwatt trong tương lai.

Lượng điện tạo ra trong nghiên cứu bước đầu không quá lớn, chắc chắn không thể thay thế được các nguồn điện hiện nay. Nhưng nguồn điện dạng này sẽ rất quan trọng và cần thiết ở những nơi hoang vu, hẻo lánh.

9) StoreDot – sạc siêu tốc 30 giây

Công nghệ sạc pin siêu nhanh StoreDot được phát triển bởi bộ phận công nghệ Nano tại đại học Tel Aviv (Israel), có thể hoạt động với tất cả các dòngsmartphone hiện nay. Trước đó, thử nghiệm công khai đầu tiên được nhóm thực hiện thành công trên Samsung Galaxy S4 với pin tiêu chuẩn tích hợp.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Để có được tốc độ sạc cực nhanh như vậy, bộ sạc đã được tích hợp công nghệ StoreDot chuyên biệt, gồm hỗn hợp chất bán dẫn sinh học được tạo ra từ các hợp chất hữu cơ tự nhiên Peptides - các chuỗi axit amino ngắn, chất cấu thành nên Protein.

Chi phí sản xuất StoreDot mất 20 USD (khoảng 400,000 đồng) và sẽ được thương mại hóa vào năm 2017.

10) Sạc bằng năng lượng Mặt Trời

Hãng Alcatel đã trình diễn công nghệ sạc pin cho di động dưới ánh sáng mặt trời nhờ tấm nền trong suốt được đặt trên màn hình.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Các chuyên gia phát triển tin rằng phương thức tạo năng lượng như vậy sẽ giải quyết triệt để vấn đề cạn pin mọi lúc mọi nơi, miễn nơi đó có ánh sáng.

Tuy nhiên, đại diện Alcatel nhận định hãng chưa có ý định sẽ ra mắt smartphone sử dụng tầm nền có thể sạc bằng năng lượng Mặt Trời. Họ cần có thêm thời gian để phát triển và đảm bảo rằng tầm nền hoạt động tốt, không gặp trục trặc.

11) Sạc không dây bằng sóng radio

Sạc không dây không còn là khái niệm gì mới mẻ, nó đã có mặt trên một số smartphone như LG G3, Galaxy S5... Tuy nhiên, nhược điểm rất lớn của sạc không dây hiện nay là người dùng vẫn phải đặt thiết bị trên một tấm đế sạc. Energous - một công ty khởi nghiệp ở California mong muốn thay đổi thực trạng này, với chiếc router không dây WattUp ra mắt tại CES 2015.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Công nghệ sạc không dây WattUp của Energous có thể truyền năng lượng không dây ở khoảng cách 6m. Bên trong WattUp giống một router không dây với một anten RF nhỏ tích hợp trong bản mạch in PCB và một chip ASIC chuyên dụng. Khi kết nối được thiết lập, router sẽ gửi các tín hiệu RF ở cùng các giải tần Wi-Fi và tiến hành chuyển đổi những tín hiệu này thành dòng điện DC thông qua một con chip không dây đặc biệt gắn trên thiết bị.

Sản phẩm đầu tiên được ứng dụng công nghệ mới của Energous có thể sẽ xuất hiện trên thị trường trong năm 2016.

Trong thời đại phát triển của smart-devices, rõ ràng WattUp là một thiết bị có tương lai vô cùng tươi sáng.

12) Sạc siêu tốc 26 giây

Các thỏi pin tiểu hiện nay sử dụng phương pháp dùng hóa chất để thúc đẩy phản ứng điện hóa tạo ra dòng điện và tích điện. Trong khi đó, kỹ thuật dùng tụ điện lithium-ion để lưu trữ năng lượng điện từ nhà nghiên cứu Shawn West được xem là hướng đi mới.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Pin tụ điện này có khả năng giữ điện rất lâu, mặc dù vậy theo Shawn West, nếu cất pin trong thời gian dài thì pin vẫn cạn và người dùng chỉ việc cắm sạc chỉ trong 26 giây là đầy.

Mục tiêu gây quỹ trên Kickstarter của Shawn West đã thành công ngoài dự kiến khi chỉ mất 7 ngày để chạm mốc 10.000 USD. Công nghệ pin này sẽ được thương mại hóa trong 1-2 năm tới và trước tiên sẽ được dùng trên các thiết bị di động.

13) Pin Nhôm-không khí cho xe điện

Công ty nghiên cứu phát triển năng lượng Phinergy (Israel) đã phát minh ra một công nghệ mang tính đột phá trong lĩnh vực cung cấp năng lượng cho xe điện.

Sự khác biệt của pin Nhôm-Không khí (Aluminium-air) là mật độ năng lượng khá cao nhờ công nghệ bơm khí oxy tự nhiên vào các cực âm (cathode). Trung bình, mỗi tấm nhôm nặng 0,5 kg có thể chứa 7kW giờ điện, giúp cho xe đi được 32 km, gấp 100 lần so với pin lithium-ion có kích thước tương đương.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Và như vậy, một pin nhôm-không khí nặng 50 kg có thể cung cấp điện cho xe chạy 1.600 km. Phạm vi hoạt động xa nhất của xe động cơ đốt trong hiện nay cũng chưa đạt được đến khoảng cách này!

Pin Nhôm-không khí sau khi cạn dung lượng sẽ được chuyển hóa thànhaluminium hydroxide - Al(OH)3 để tái chế và tạo ra pin mới. Do đó, giá thành của pin này sẽ rẻ và có lợi ích kinh tế cao hơn.

Công nghệ pin này thực sự là một thành tựu quan trọng trong ngành công nghiệp xe hơi. Nhờ vào thuộc tính gọn nhẹ, khả năng tái chế linh hoạt, thân thiện với môi trường, pin Aluminium-air sẽ được áp dụng đại trà trên các mẫu xe điện mới trong tương lai.

14) Pin nước... tiểu

Các nhà khoa học ở Phòng thí nghiệm Bristol Robotics tại Bristol, Anh, đã phát triển công nghệ biến nước tiểu của con người thành điện năng, có thể dùng trong smartphone. Và họ đã nhận được khoản trợ cấp của Quỹ Bill and Melinda Gates để phát triển sâu hơn công nghệ này.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai
Cận cảnh pin vi trùng

Công nghệ này hoạt động như thế nào?

Các nhà khoa học đã chế tạo ra một vật nhỏ có hình tròn được gọi là Pin nhiên liệu từ vi trùng (Microbial Fuel Cell). Bên trong nó là các vi sinh vật có trong nước tiểu, sẽ được dùng để sản xuất điện.

Nước tiểu sẽ được dẫn qua một ống cao su vào các thiết bị chuyển đổi nhiên liệu, tại đây các hợp chất bên trong sẽ bị phá vỡ liên kết và tạo ra năng lượng. Tuy nhiên, các nhà khoa học nói rằng thách thức lớn nhất là phải tập hợp đủ nhiều thiết bị chuyển đổi này với nhau thì mới có thể cung cấp một sản lượng điện đáng kể.

Dù mới chỉ là những bước đi ban đầu nhưng theo các nhà khoa học cho biết, họ rất lạc quan về tương lai của công nghệ này khi họ cho biết điện được tạo ra có thể sẽ quay trở lại để giải quyết các vấn đề liên quan đến điều kiện vệ sinh và thậm chí còn dùng để sạc được cả điện thoại di động.

15) Năng lượng từ tiếng ồn

Các nhà nghiên cứu tại London, Anh đã tích hợp thành công một cảm biến trên smartphone giúp sạc pin cho thiết bị nhờ tiếng ồn từ môi trường xung quanh.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Theo mô tả, họ sẽ sử dụng kẽm oxit làm chất xúc tác trực tiếp cho quá trình biến đổi các rung động âm thanh thành năng lượng điện. Cụ thể, một cảm biến được gắn trên smartphone hoạt động dựa trên nguyên tắc được gọi là hiệu ứng áp điện(Piezoelectric Effect). Các bộ phát nano (Nanogenerators) sẽ thu thập các tiếng ồn từ môi trường xung quanh và biến thành điện năng.

Cách tạo năng lượng điện dạng này rất phù hợp và hiệu quả khi sử dụng điện thoại hay các thiết bị di động trong môi trường ồn ào như các đô thị, nhà hàng, siêu thị

16) Năng lượng vĩnh cữu

Hãng Tag Heuer (Thụy sỹ) đã cho ra đời phiên bản tiếp theo của chiếc điện thoại “sang chảnh” đầu tiên trên thế giới có khả năng lưu trữ năng lượng vĩnh cửu mang tên Meridiist Infinite.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Để làm được điều này, nhà sản xuất đã khéo léo đặt thêm một tấm pin quang điện trong suốt kẹp giữa lớp màn hình và lớp kính Sapphire. Công suất của tấm pin này đủ mạnh để giúp chiếc máy có thể sống ở chế độ chờ (Standby) mãi mãi mà không cần cắm sạc, ngay cả khi nguồn pin trong máy đã cạn kiệt.

Hiện Meridiist Infinite đang được bán ra với mức giá gần 95 triệu đồng.

17) Pin carbon kép sạc nhanh gấp 20 lần Lithium-ion

Một loại pin carbon dung tích 24 kWh được giới thiệu vào giữa năm 2014 bởi công ty Nhật Bản Power Japan Plus, hứa hẹn sẽ cải thiện thời gian sạc cho xe điện.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Vì carbon là vật liệu phổ biến trong tự nhiên nên chi phí sản xuất thấp hơn lithium-ion. Loại pin có tuổi thọ 3000 lần sạc/xả. Khi hoạt động pin không tỏa nhiệt nên không cần dùng đến hệ thống làm mát, xác suất xảy ra cháy nổ là cực kỳ thấp.

Hãng đã có kế hoạch sử dụng trong các thiết bị y tế, vệ tinh và sẽ cấp phép công nghệ cho các công ty khác sử dụng trên xe điện, chậm nhất là cuối năm nay.

18) Pin hữu cơ, chí phí sản xuất rẻ hơn 97%

Các nhà khoa học ở Viện công nghệ MIT (Mỹ) đã tạo ra điện từ dòng chảy hữu cơ với chi phí tiết kiệm gần 97%. Chỉ với 27 USD (khoảng 587 nghìn đồng) họ đã có thể tạo ra 1kWh điện, trong khi đó phải tốn đến 700 USD (khoảng 15 triệu đồng) mới cho ra lượng điện tương đương ở phương pháp thông thường.

Vật liệu chính được sử dụng là phân tử quinone được tìm thấy trong cây đại hoàng (một loài thực vật có hoa trong họ rau răm). Cách làm này không những có lợi ích về kinh tế hơn so với phân tử kim loại, mà còn dễ dàng thực hiện trên quy mô lớn.

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

19) Pin cát, cho thời lượng cao hơn gấp 3 lần

Đây là kết quả nghiên cứu của đại học California Riverside, sử dụng cát để làm cực dương thay cho than chì. Ý tưởng này khởi nguồn từ sinh viên thực tập Zachary Favors sau khi anh nhận ra trong cát ở bãi biển có chứa rất nhiều thạch anh (SiO2 - Silic dioxide).

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai

Đầu tiên họ lấy những mẫu cát giàu thạch anh, sau đó nghiền nát chúng ra kích thước nanomet rồi trộn với muối và magie. Sản phẩm thu được sau được đem hỗn hợp đi đun nóng là Silicon tinh khiết.

Chất silicon này rất xốp, cho thời lượng gấp 3 lần than chì nhưng không độc hại, thân thiện với môi trường.

20) Pin nhiên liệu Hyrogen

Sạc di động UPP Hydrogen Fuel Cell sử dụng hydrogen sẽ được bán vào cuối năm nay. Mỗi cell hydrogen có thể cung cấp 5 lần sạc đầy cho một chiếc điện thoại di động. Loại sạc này hỗ trợ cổng sạc USB type A, dòng điện đầu ra 5V, công suất 5W và dung tích 1000mA.

21) Pin Lithium-ion cải tiến, tuổi thọ 20 năm

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương laiSản phẩm là thành quả của nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học công nghệ Nanyang (NTU) Singapore.

Công nghệ pin của NTU cơ bản cũng được phát triển từ công nghệ pin Lithium-ion, song thay vì sử dụng thành phần graphite thông thường làm cực âm, nhóm đã thay bằng titanium dioxide (TiO2) dạng gel. Chính sự thay đổi này đã giúp pin của nhóm có tuổi đời kéo dài 20 năm, vượt xa con số 2-3 năm trung bình của các thế hệ pin hiện tại.

21) Pin Nano

Nguyên mẫu pin gồm nhiều lỗ kích thước nano có cấu trúc như tổ ong, nhỏ hơn sợi tóc người khoảng 80.000 lần. Chúng làm nhiệm vụ vận chuyển điện tích giữa các điện cực và trữ điện.

Thời gian sạc đầy pin là 12 phút. Pin có lợi thế về kích thước do đó nó sẽ phù hợp với các thiết bị cỡ nhỏ và siêu nhỏ như smartwatch, chip cấy…

20 phát minh mới nhất về pin làm thay đổi công nghệ trong tương lai
Nghiên cứu này được phát triển bởi Đại học Maryland, do Bộ Năng lượng Mỹ tài trợ.

22, Vật liệu giúp điện thoại không cần sạc pin

Các nhà khoa học Nhật Bản và Trung Quốc đã tìm ra vật liệu chế tạo thiết bị điện tử tiêu tốn rất ít năng lượng, điện thoại di động làm bằng vật liệu này có thể không cần sạc pin.

vat-lieu-giup-dien-thoai-khong-can-sac-pin

Nguyên lý phát ra dòng điện trên bề mặt và dọc theo các cạnh của vật liệu mới. Ảnh: Hiroshima University.

Theo Phys, nhóm nghiên cứu thuộc đại học Hiroshima, Nhật Bản, đã tìm ra cách để tạo ra dòng điện ở nhiệt độ phòng mà không hao phí năng lượng hoặc cần phải có nguồn điện ngoài nhờ vật liệu có tên "chất cách điện topo".

Các nghiên cứu từ trước tới nay cho thấy, dòng điện có thể được tạo ra nhờ tính chất sắt từ hoặc độ nhạy từ cao của vật liệu mà không cần nguồn điện ngoài. Hiện tượng này lần đầu tiên được phát hiện vào những năm 1980, được đặt tên là "Hiệu ứng Hall lượng tử" (theo tên nhà vật lý người Mỹ phát hiện ra hiệu ứng, Edwin Hall).

Tuy nhiên, để đạt được yêu cầu tạo ra dòng điện mà không mất mát năng lượng, cho tới nay hệ thống vẫn cần phải đặt trong một môi trường rất lạnh với một từ trường ngoài lớn.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học Nhật Bản đã sử dụng vật liệu cách điện topo sắt từ, có công thức dạng "Cr(Sb/Bi)2Te3" (Cr: Crom, Sb: Antimony, Te: Tellurium, Bi: Bismuth). Loại vật liệu này có tính chất kim loại ở vỏ ngoài, và cách điện ở lớp trong. Một màng mỏng nhỏ chế tạo từ vật liệu này sẽ phát ra một dòng điện trên bề mặt hoặc dọc theo các cạnh mà không cần nguồn điện ngoài.

Năm 2007, khi lần đầu quan sát thấy hiện tượng này xảy ra ở nhiệt độ thấp mà không mất mát năng lượng, các nhà khoa học đã rất ngạc nhiên. Họ không lý giải được tại sao nó lại trở thành vật liệu sắt từ để từ đó tự phát ra dòng điện.

"Đây là lý do vì sao chúng tôi chọn vật liệu này làm đối tượng nghiên cứu", Giáo sư Akio Kimura, Đại học Hiroshima, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết.

Trong hợp chất Cr(Sb/Bi)2Te3, Cr có tính sắt từ, hoạt động như một nam châm siêu nhỏ, kích thước nguyên tử. Thông thường, các nguyên tử này sẽ tương tác để định hướng sắp xếp theo chiều Bắc – Nam, nhưng do cấu tạo phân tử Cr(Sb/Bi)2Te3, các nguyên tử Cr ở quá xa nhau để thực hiện điều này. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, các nguyên tử phi từ tính như Sb hay Te sẽ đóng vai trò cầu nối để tương tác này xảy ra, làm cho toàn bộ vật liệu có tính sắt từ. Phát hiện này rất quan trọng trong việc phát triển các thiết bị điện tử tiêu thụ ít năng lượng.

Hiện các kết quả mới chỉ đạt được ở nhiệt độ rất thấp, nhóm nghiên cứu đang tìm cách để tăng nhiệt độ chuyển pha từ tính này.

"Chúng tôi hy vọng rằng thành tựu này sẽ làm tiền đề cho việc tạo ra các vật liệu mới hoạt động ở nhiệt độ phòng trong tương lai", Kimura nói. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communication hôm 19/11/2015.

23, Hạt 'ma' hứa hẹn mỗi năm chỉ cần sạc pin điện thoại một lần

123-5500-1437359417.jpg

Hai hạt Weyl với các spin đối xứng nhau. Ảnh: Seenthis.net

LiveScience hôm 16/7 đưa tin, loại hạt bí ẩn này được nhà toán học Hermann Weyl đề xuất năm 1929. Chúng không có khối lượng và có các spin quay theo hai hướng đối xứng nhau. Khi hai hạt quay theo hai hướng đối xứng tiếp xúc với nhau, chúng sẽ cùng biến mất. Có ba loại hạt fermion: Dirac, Majorana và Weyl. Hai loại đầu đã được phát hiện trong các máy gia tốc hạt, còn loại cuối thì trước đây chưa từng được tìm thấy.

Từ một nghiên cứu năm 2011 cho rằng có thể tạo ra Weyl dưới các điều kiện cụ thể, như phải có một chất bán dẫn (tính chất nằm giữa chất cách điện và dẫn điện) với tinh thể có tính bất đối xứng, các nhà khoa học thuộc Đại học Princeton, New Jersey đã chọn được vật liệu phù hợp, đó là một chất được tạo thành bởi tantalum và asen (tantalum-arsenide).

Khi sử dụng chùm photon ánh sáng bắn phá, các điện tử trong mạng tinh thể của hợp chất tantalum-arsenide thoát khỏi liên kết trong mạng và di chuyển trong khối hợp chất. Nghiên cứu chuyển động của các điện tử này, nhóm nghiên cứu thấy rằng chúng mang các đặc trưng của Weyl.

unnamed-2807-1437633146.jpg

Pin di động chế tạo bằng hạt "ma" chỉ cần sạc mỗi năm một lần. Ảnh minh họa:SCMP

Nghiên cứu này sẽ mở ra một hướng ứng dụng chế tạo các thiết bị điện tử mới. Tất cả mọi thiết bị công nghệ hiện nay đều sử dụng các điện tử (electron) mang điện chạy trong các dây dẫn. Quá trình này sinh nhiệt và làm tiêu tốn năng lượng vô ích. Nếu thay thế các electron bằng các "hạt ma" Weyl, dòng điện chạy trong mạch sẽ gần như không sinh nhiệt và chỉ cần cung cấp rất ít năng lượng cho thiết bị. Đây là các hạt chỉ có một cực bắc hoặc nam, đặc trưng bởi các spin.

"Bạn có thể tưởng tượng nó giống như một thanh nam châm cực nhỏ chỉ có một cực," tiến sĩ Weng Hongming, một nhà nghiên cứu về "hạt ma" phát biểu với South China Morning Post. Điện thoại di động nếu sử dụng công nghệ này sẽ chỉ cần sạc mỗi năm một lần. Đây cũng là công nghệ hứa hẹn thay thế các chất siêu dẫn trong các máy tính lượng tử tương lai.

24, Lò phản ứng hạt nhân tiên tiến
 
Dù gặp phải nhiều phản ứng từ các nhà bảo vệ môi trường, năng lượng hạt nhân được các nhà khoa học chú ý bởi tiềm năng của nó trong việc cung cấp một nguồn năng lượng dồi dào với rất ít hoặc không có khí thải dưới dạng bức xạ nhiệt. Vào hè năm nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Massachusett, Mỹ, đề xuất một lò phản ứng nhỏ có hình bánh donut có thể sử dụng các chất siêu dẫn thương mại mới để tạo ra một từ trường mạnh hơn. Loại lò phản ứng nhiệt hạch nhỏ này có thể hoạt động tốt trong suốt một thập kỷ. Ảnh: MIT.
 
 
 
25, Năng lượng gió trên cao
 

Gió là một dạng năng lượng tái tạo có chi phí thấp. Trong năm 2015, công ty Keystone Tower Systems, Anh, xây dựng tháp gió trên cao đầu tiên sử dụng hệ thống hàn nhanh hoàn toàn tự động. Gió sẽ mạnh hơn ở độ cao lớn hơn và thổi nhanh hơn trên khắp các cánh quạt. Các tua bin gió ở trên cao có thể tạo ra điện năng gấp nhiều lần so với những tháp gió thông thường. Ảnh: MIT.

------------------

 

Phát triển pin Lithium-không khí mới với hiệu suất gấp 5 lần so với hiện tại

Một nguyên mẫu pin lithium-air (liti-không khí) hoàn toàn mới với mức năng lượng lưu trữ lớn gấp 5 lần so với hiện tại vừa được phát triển thành công bởi các nhà khoa học, hứa hẹn sẽ giải quyết được vấn đề thời lượng pin của các thiết bị di động vốn luôn cần thiết, gây bàn cãi nhiều nhất từ trước tới nay.

Cho dù thiết bị có năng suất tốt đến cỡ nào, chụp ảnh đẹp ra sao, nghe nhạc hay thế nào hoặc tốc độ xử lý nhanh đến đâu mà không có pin thì điều đó cũng vô nghĩa. Tất cả mọi người đều mong đợi một bước tiến mới trong công nghệ pin, giúp nâng thời lượng sử dụng của thiết bị lên một tầm cao mới. Và nhằm giải quyết điều đó, các nhà khoa học đã tạo nên một nguyên mẫu pin lithium - không khí.

Các nhà khoa học đã phát triển nên một nguyên mẫu pin lithium - không khí hoàn toàn mới.
Các nhà khoa học đã phát triển nên một nguyên mẫu pin lithium - không khí hoàn toàn mới.

Trước đây loại pin lithium - không khí phần lớn sử dụng lithium peroxide (Li2O2). Cực dương của pin được làm từ Liti rắn và được cho tiếp xúc với oxy trong không khí, pin sẽ lưu trữ năng lượng dưới dạng các liên kết hóa học. Các nhà khoa học cho rằng Lithium Peroxide chưa phải là chất cho hiệu suất cao nhất, và lần này họ muốn tìm ra những loại chất khác thay thế nhằm tối đa hóa hiệu suất hoạt động của pin.

Trong chuyển biến mới nhất, các nhà khoa học đã phát triển nên một nguyên mẫu pin lithium - không khí hoàn toàn mới, sử dụng Litium Superoxide (LiO2) để lưu trữ năng lượng do nó dễ bẻ gãy các liên kết hóa học hơn, từ đó cho hiệu suất cao hơn và tuổi thọ cũng cao hơn. Peroxide là một ion âm hóa trị 2 (thiếu 2 e) trong khi superoxide là ion có hóa trị 1 (thiếu 1 e). Khi pin được sạc, lithium sẽ cung cấp các ion dương và liên kết với gốc oxide. Khi sử dụng (xả), liên kết này sẽ được bẻ ra và giải phóng năng lượng.

Mặt khác, việc dùng lithium superoxide để làm pin còn có một lợi điểm khác so với các thế hệ pin Lithium không khí trước đây chính là tạo thành một hệ thống đóng, đồng nghĩa với việc không cần đưa thêm oxy vào hoặc ra khỏi thiết bị mà chỉ cần sạc một cách đơn giản như những loại pin thông thường khác.

Larry Curtiss, một thành viên trong nhóm nghiên cứu cho biết: "Phát hiện lần này thật sự mở ra một con đường đầy tiềm năng để phát triển thế hệ pin hoàn toàn mới. Mặc dù vẫn còn nhiều nghiên cứu nữa phải được tiến hành nhưng rõ ràng trong tương lai không xa, tuổi thọ và hiệu suất của pin mà chúng ta mong đợi sẽ được kéo dài hơn".

Cập nhật: 27/01/2016

Theo Tinh Tế

 

 

 

Từ khóa:

n/a

Đánh giá bài viết
Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
 

Giới thiệu sản phẩm dịch vụ

Giới thiệu sản phẩm dịch vụ: -          Cung cấp giải pháp, thiết kế các sản phẩm Robot gia dụng -          Cung cấp các sản phẩm điện thông minh, nhà thông minh -          Sửa chữa, phục hồi chức năng cho Robot -  ...

Thăm dò ý kiến

Bạn có muốn sở hữu một Robot trong nhà không?

Cần một Robot để dọn dẹp

Cần một Robot trông nhà

Cần một Robot để giải trí

Bạn cần một Robot theo cách khác

Bạn đã có rồi

Bạn không cần

Liên kết