Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các tính năng 'plug-and-play' cho phép kết nối pin với nhau để tăng năng lượng.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Binghamton, Đại học Bang New York đã phát triển một loại pin sinh học "plug-and-play" có thể kéo dài hàng tuần tại một thời điểm và có thể xếp chồng lên nhau để cải thiện điện áp và dòng điện đầu ra.

Khi nhu cầu công nghệ của chúng ta ngày càng phát triển và ứng dụng internet ngày càng kết nối các thiết bị và cảm biến của chúng ta với nhau, việc tìm ra cách cung cấp năng lượng ở các địa điểm xa xôi đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu ngày càng được quan tâm.

Giáo sư Seokheun "Sean" Choi - Giảng viên Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Thomas J. Watson của Đại học Binghamton - đã làm việc trong nhiều năm về pin sinh học, loại pin tạo ra điện thông qua sự tương tác của vi khuẩn.

Một vấn đề mà anh ấy gặp phải: Pin có tuổi thọ giới hạn trong vài giờ. Điều đó có thể hữu ích trong một số trường hợp nhưng không hữu ích cho bất kỳ loại giám sát lâu dài nào ở các vị trí từ xa.

Trong một nghiên cứu mới, được công bố trên Tạp chí Nguồn điện và được hỗ trợ bởi khoản tài trợ 510.000 đô la từ Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, Choi và các cộng sự của ông đã phát triển một pin sinh học "plug-and-play" có thể kéo dài hàng tuần tại một thời điểm và có thể xếp chồng lên nhau để cải thiện điện áp đầu ra và dòng điện. Các đồng tác giả của nghiên cứu đến từ Phòng thí nghiệm Hệ thống vi sinh và Điện tử của Choi: nghiên cứu sinh hiện tại là Anwar Elhadad và TS. Lin Liu (hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học Seattle Pacific).

Những viên pin trước đây của Choi có hai vi khuẩn tương tác để tạo ra năng lượng cần thiết, nhưng lần lặp lại mới này sử dụng ba vi khuẩn trong các khoang thẳng đứng riêng biệt: "Vi khuẩn quang hợp tạo ra thức ăn hữu cơ sẽ được sử dụng làm chất dinh dưỡng cho các tế bào vi khuẩn khác bên dưới. Ở phía dưới là vi khuẩn sản xuất điện, và vi khuẩn ở giữa sẽ tạo ra một số chất hóa học để cải thiện quá trình chuyển điện tử. "

Ứng dụng thách thức nhất cho Internet of Things, Choi tin rằng, sẽ là các mạng cảm biến không dây được triển khai mà không cần giám sát trong các môi trường xa xôi và khắc nghiệt. Những cảm biến này sẽ ở xa lưới điện và khó tiếp cận để thay thế pin truyền thống khi chúng bị hỏng. Bởi vì những mạng lưới đó sẽ cho phép mọi nơi trên thế giới được kết nối, quyền tự chủ là yêu cầu quan trọng nhất.

Ông nói: "Hiện tại, chúng tôi đang ở mức 5G và trong vòng 10 năm tới, tôi tin rằng nó sẽ là 6G". "Với trí thông minh nhân tạo, chúng ta sẽ có một số lượng lớn các thiết bị thông minh, độc lập, luôn hoạt động trên các nền tảng cực kỳ nhỏ. Làm thế nào để bạn cung cấp năng lượng cho các thiết bị thu nhỏ này? Các ứng dụng thách thức nhất sẽ là các thiết bị được triển khai trong môi trường không có người giám sát. Chúng tôi không thể đến đó để thay pin, vì vậy chúng tôi cần máy thu năng lượng thu nhỏ "

Choi so sánh những viên pin sinh học mới này - có kích thước 3 cm x 3 cm - với những viên gạch Lego có thể được kết hợp và cấu hình lại theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào công suất điện mà cảm biến hoặc thiết bị cần.

Trong số những cải tiến mà ông hy vọng sẽ đạt được thông qua nghiên cứu sâu hơn là tạo ra một gói có thể nổi trên mặt nước và thực hiện khả năng tự phục hồi để tự động sửa chữa các thiệt hại phát sinh trong môi trường khắc nghiệt.

Ông cho biết: "Mục tiêu cuối cùng của tôi là làm cho nó thực sự nhỏ". "Chúng tôi gọi đây là 'bụi thông minh', và một vài tế bào vi khuẩn có thể tạo ra năng lượng đủ để vận hành nó. Sau đó, chúng tôi có thể rắc nó xung quanh nơi chúng tôi cần."
 
Theo: Anwar Elhadad, Lin Liu, Seokheun Choi. Plug-and-play modular biobatteries with microbial consortia. Journal of Power Sources, 2022; 535: 231487 DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.231487
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/06/220628113358.htm