Loại vải thông minh mới có thể sản xuất và lưu trữ điện mặt trời

Tại sao bạn lại phải mang theo một viên pin phụ cồng kềnh, nặng nề khi bạn có thể tự sản xuất ra điện từ những gì bạn đang mặc? Đó là ý tưởng đằng sau loại vải sợi thông minh mới, có thể được may và dệt như vải bông – nhưng cũng có thể sản xuất và lưu trữ năng lượng mặt trời, giống như những nhà máy điện sạch nhỏ tí xíu.

Theo các nhà nghiên cứu người Trung Quốc đang phát triển công nghệ này, loại thiết bị có thể dệt may được này cuối cùng có thể được sử dụng để sạc di động cho các smartphone và máy tính bảng.

“Chúng tôi kỳ vọng rằng nó có thể là một sản phẩm dành cho việc tiêu dùng hàng ngày trong tương lai.” Hai nhà nghiên cứu, Wenjie Mai đến từ Đại học Tế Nam và Xing Fan từ Đại học Trùng Khánh, cho tờ Mashable biết qua email. Các nhà nghiên cứu đã công bố kết quả của họ vào thứ Tư vừa qua trên tạp chí ACS Nano, một tạp chí khoa học của Hiệp hội Hóa học Mỹ.

Các nghiên cứu và dự án mới, nhắm đến việc tạo ra các loại hàng may mặc có nhiều ý nghĩa hơn, là một lĩnh vực đang phát triển mạnh, và sáng chế của hai nhà nghiên cứu này cũng không nằm ngoài xu thế đó. Không chỉ giữ ấm hay tôn lên vẻ đẹp cho cơ thể, hàng loạt loại áo sơ mi đã xuất hiện trên thị trường, hứa hẹn mang đến khả năng đo được nhịp tim, theo dõi các hoạt động thể dục và thậm chí theo dõi được cả giấc ngủ của trẻ con.

Đấy là còn chưa kể đến hàng loạt những thiết bị khác như vòng đeo tay, các nút bấm, tai nghe và các cảm biến, tất cả đều đang biến cơ thể chúng ta thành các trung tâm dữ liệu di động.

Mặc dù vậy, loại vải sợi mới này không thu thập các thông tin sinh trắc học của chúng ta, nhưng chúng có khả năng giải quyết được 2 thách thức lớn mà xã hội hiện đại đang phải đối mặt: Làm thế nào để sạc đầy thiết bị điện toán của mình và làm thế nào thỏa mãn sở thích tiêu thụ năng lượng của chúng ta, mà không phải đốt các nhiên liệu hóa thạch và phát thải khí nhà kính làm nóng hành tinh.

“Nói chung, khả năng thu thập năng lượng của nó là rất đáng kể.” Paul Weiss, tổng biên tập của tạp chí ACS Nano và chủ tịch tại Đại học California, Los Angeles, cho biết về loại thiết bị dạng vải này.

“Liệu các loại quần áo có thể có đóng góp quan trọng đến mức năng lượng chúng ta thu nhận và sử dụng hay không? Chúng tôi vẫn chưa biết.” Ông nói với trang Mashable. “Nhưng khi xét đến lĩnh vực này, chúng tôi thấy những ý tưởng này là sự bổ sung cho việc trả lời câu hỏi việc thu thập năng lượng sẽ diễn ra như thế nào?”

Sợi pin mặt trời

Loại thiết bị dạng vải này kết hợp từ hai bộ phận chính: cell pin mặt trời loại nhạy sáng thuộc nhóm pin màng mỏng (loại DSSC), để sản sinh ra điện mặt trời, và một siêu tụ điện dạng sợi (FSC) để có thể sạc, lưu trữ và giải phóng điện năng.

Bên trái là miếng vải sau khi dệt hai loại sợi này lại với nhau. Bên phải là sơ đồ mạch điện và biểu đồ hiệu suất.

Đan hai loại sợi này lại với nhau, chúng có thể tạo thành các miếng vải để có thể cắt, khâu và may theo các thông số của nhà thiết kế - một tiến bộ quan trọng so với các loại vải thông minh khác, khi chúng hoạt động giống như thiết bị đơn nhất hơn và vì vậy chúng sẽ khó có thể tạo hình thành cái gì đó mà bạn thực sự muốn mặc.

Một thiết bị dạng vải này, với kích cỡ bằng lòng bàn tay, có thể tạo ra dòng điện sạc với hiệu điện thế 1,2 volt từ năng lượng mặt trời thu thập được. Trong khi đó, sạc của một chiếc iPhone cho ra dòng với hiệu điện thế 5 volt.

Nó vẫn chưa sẵn sàng lên kệ

Vật liệu vẫn còn một chặng đường dài nghiên cứu nữa trước khi nó có thể xuất hiện trên các kệ hàng. Theo Rigoberto Advincula, giáo sư về khoa học cao phân tử tại Case Western Reserve University tại Cleveland và là một thành viên của Hiệp hội Hóa học Mỹ, nó vẫn cần phải chứng tỏ hiệu quả về chi phí và năng lượng, cũng như tính bền vững.

Tuy vậy, ông cũng với Mashable rằng, “các yếu tố hiện tại đang chứng mình rằng nó thực sự hoạt động được.”

Ông ước tính rằng sản phẩm thương mại hóa đầu tiên sử dụng loại vải đặc biệt này có thể sẽ xuất hiện trong khoảng 5 năm nữa. Nhu cầu ban đầu có thể đến từ những thành viên thuộc quân đội, các nhân viên dịch vụ cấp cứu hoặc những người làm việc ngoài trời, tất cả những người này đều cần các nguồn năng lượng gọn nhẹ để có thể di chuyển cùng với họ.

Cả Mai và Fan, hai đồng tác giả của công trình nghiên cứu này, đều cho biết họ vẫn chưa sử dụng loại thiết bị dạng vải này vào bất cứ sản phẩm may mặc thực tế nào. Họ cho biết thêm, trong khi họ tự tạo ra loại vật liệu này bằng các cỗ máy trong gia đình, các kỹ sư sẽ cần tạo ra một loại thiết bị phức tạp hơn để tự động chế tạo các sản phẩm dệt may thông minh này ở quy mô lớn hơn.

Tuy nhiên, loại vải này vẫn còn phải đối mặt với một số rào cản khác trước khi bắt tay vào sản xuất với quy mô lớn.

Hai nhà nghiên cứu cho biết, chất nhuộm màu sử dụng trong cell pin mặt trời là “không thân thiện với môi trường,” bởi vì nó chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và hệ sinh thái tự nhiên. Tuy nhiên, các loại chất nhuộm mới hơn đã được phát triển, có thể sẽ là sự thay thế an toàn hơn.

Thêm vào đó loại vải này hiện vẫn chưa chống nước, vì vậy cả hai nhà nghiên cứu cảnh báo về việc mặc nó dưới trời mưa. Nhưng họ cũng cho biết thêm rằng, người dùng sẽ không phải lo ngại về hiện tượng quá nhiệt hay phát nổ, vì chúng không chứa các thành phần của pin Lithium.

“Chúng tôi vẫn cần thêm thời gian để giải quyết một số vấn đề kỹ thuật,” họ cho biết, nhưng “các thiết bị dạng sợi và dạng vải có thể được chế tạo ở quy mô lớn hơn.”

Tham khảo Mashable