Các thiết bị điện tử ngày càng được tích hợp những tính năng và tiện ích hữu ích mới, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc nó sẽ khiến thiết bị tiêu hao năng lượng nhanh hơn và cần phải sạc thường xuyên hơn.

Và để giải quyết vấn đề nguồn năng lượng cho những thiết bị đeo hoặc mang trên người trong tương lai, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Cảm biến thuộc Đại học California (thành phố San Diego, Mỹ) đã tìm ra giải pháp tổng hợp nguồn năng lượng sinh học từ chính người đeo thiết bị. 

Các nhà khoa học cho biết, một số hóa chất có trong mồ hôi có thể được tận dụng làm nhiên liệu cho pin sinh học. Loại pin nhiên liệu sinh học này có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị thông minh mang trên người nhiều hơn bất kỳ phương pháp nào hiện có. Các nhà khoa học tại Đại học California đã phát triển nguyên mẫu các thiết bị đeo dùng nguồn năng lượng tạo ra từ mồ hôi.

Một viên pin sẽ bao gồm hai điện cực - cực dương và cực âm - với chất điện phân nằm giữa. Nhiên liệu đi vào cực dương – tại đây chất xúc tác phân tách các phân tử thành các electron và proton. Các proton đi qua một lớp màng đến cực âm, trong khi các electron chạy thành một mạch điện. 

Người đầu tiên tìm ra nguyên lý này là nhà khoa học xứ Wales William Robert vào năm 1839. Ông đã sử dụng hydro làm nhiên liệu và oxy làm chất xúc tác để tạo ra nước và dòng điện.

Tuy nhiên, hydro không thể phù hợp với pin nhiên liệu trong thiết bị thông minh đeo trên người vì nó rất dễ cháy. Trong khi đó, mồ hôi lại dễ dàng tiết ra nhiều, đặc biệt là khi một người tập thể dục hoặc chơi thể thao. Đây cũng là nhóm người thường sử dụng các thiết bị thông minh đeo trên người. Họ đại diện cho các nhóm khách hàng đầu tiên mà các công ty cần nhắm tới một khi thiết bị sử dụng năng lượng mồ hôi ra đời.

Mồ hôi không đơn thuần là nước. Nó chứa một lượng các loại khoáng chất và các chất khác như glucose và lactate. Những chất này, được gọi là chất chuyển hóa, là sản phẩm phụ của các quá trình hóa học liên tục diễn ra bên trong cơ thể sống. Những chất này có thể tạo ra một nguồn nhiên liệu sinh học hấp dẫn, đặc biệt là lactate vì nồng độ của nó trong mồ hôi tỷ lệ thuận với hoạt động cơ thể người.

Để chế tạo pin sinh học, các nhà khoa học tạo ra một lớp enzym phản ứng với lactate trong mồ hôi để phân tách các electron và proton, từ đó tạo ra dòng điện.

Một trong những thách thức mà nhóm khoa học phải giải quyết là tăng công suất cho pin năng lượng sinh học. Vào năm 2017, các nhà khoa học tại Đại học California đã tạo ra ống nano carbon 3D ở dạng viên nhỏ có thể gắn vào hai đỉnh cực dương và cực âm. Những viên nhỏ này có tác dụng tăng diện tích bề mặt các điện cực mà không làm tăng diện tích thực của thiết bị. Từ đó chúng cho phép các điện cực có nhiều chất xúc tác hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Bên cạnh thách thức trên, một vấn đề được đặt ra cho các nhà khoa học là trong hầu hết các tình huống, mọi người không đổ mồ hôi liên tục, hoặc ít nhất không đủ nhiều để tạo ra nguồn điện trừ trường hợp luyện tập thể thao.

Có ba phương án để khắc phục hạn chế trên. Một là các nhà khoa học chỉ sử dụng cơ chế này cho một số thiết bị hướng tới nhóm đối tượng nhất định như vận động viên – những người luôn đảm bảo lượng mồ hôi cần thiết đủ cho thiết bị hoạt động. Thứ hai là tạo thêm một bộ phận tích trữ năng lượng vào thiết bị. Cuối cùng là các nhà khoa học tính đến nguồn điện bổ sung.

Tuy nhiên, vì không muốn giới hạn ứng dụng cho một nhóm đối tượng, các nhà khoa học đã nghĩ đến giải pháp phát triển nguồn điện đa năng sử dụng nhiều dạng năng lượng để thiết bị đeo hoạt động.

Người dùng có thể không phải lúc nào cũng đổ mồ hôi. Nếu thiết bị đeo của họ kết hợp pin nhiên liệu sinh học với pin có năng lượng tạo ra từ chuyển động hoặc thân nhiệt cơ thể, lượng điện sản sinh ra sẽ nhiều hơn so với việc chỉ sử dụng một nguồn duy nhất từ đó năng lượng có thể đáp ứng đủ để cung cấp cho các thiết bị điện tử mang theo.

Hạ An