Để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng trên toàn cầu, nhu cầu về các nguồn năng lượng không phát thải đang trở nên cấp thiết. Kể từ khi máy phát điện nano ma sát điện (triboelectric nanogenerator – TENG) được phát minh vào năm 2012, công nghệ này đã trở thành một trong những bước tiến quan trọng nhất trong lĩnh vực thu hoạch năng lượng. Dựa trên mối quan hệ giữa hiệu ứng tĩnh điện và hiệu ứng ma sát điện, TENG có khả năng thu hoạch năng lượng cơ học và chuyển đổi nó thành điện năng.

Chúng tôi hướng tới thiết kế một TENG hiệu suất cao sử dụng các vật liệu anion tiên tiến bằng cách kết hợp polydimethylsiloxane (PDMS) và graphene oxide (GO). Dự án nhấn mạnh việc sử dụng graphene oxide được tổng hợp từ graphite trong các pin đã qua sử dụng thông qua phương pháp dung dịch plasma nhanh catot. Việc biến tính PDMS bằng GO từ vật liệu tái chế giúp thiết bị TENG nền GO/PDMS không chỉ đạt hiệu suất và độ tin cậy cao mà còn thân thiện với môi trường. TENG này có thể được sử dụng để cấp nguồn cho đèn LED, sạc nhiều tụ điện thương mại và vận hành các thiết bị điện tử. Hơn nữa, TENG có thể được gắn lên các bộ phận khác nhau của cơ thể, quần áo và miếng lót giày để thu hoạch năng lượng cơ học từ các chuyển động mạnh như đi bộ, chạy và nhảy.

Nghiên cứu này sẽ được triển khai theo hai giai đoạn: (1) chế tạo vật liệu và thiết bị TENG; (2) triển khai thí điểm.

Phạm vi của dự án nhằm thiết kế một TENG hiệu suất cao sử dụng các vật liệu anion có độ ổn định lâu dài, trong đó mật độ điện tích và độ bền của vật liệu ma sát điện đóng vai trò then chốt. Polydimethylsiloxane (PDMS) được công nhận là lớp ma sát âm hiệu quả cho các hệ thống ma sát điện. Tuy nhiên, đặc tính nhớt–đàn hồi của PDMS gây ra độ trễ theo thời gian trong quá trình tiếp xúc và tách rời điện áp, dẫn đến điện áp đầu ra thực tế thấp hơn so với tiềm năng lý thuyết. Để nâng cao hiệu suất của các TENG nền PDMS, cấu trúc của lớp PDMS đã được biến đổi bằng cách bổ sung các phụ gia nano. Graphene oxide (GO), với nhiều nhóm chức chứa oxy, được sử dụng như một chất phụ gia nhằm cải thiện điện áp đầu ra. Do đó, vật liệu composite GO/PDMS nổi lên như một vật liệu ma sát điện âm đầy triển vọng nhờ độ linh hoạt cao, khả năng tích điện âm mạnh và độ bền cấu trúc tốt.

GO được tổng hợp từ graphite, góp phần giảm thiểu chất thải và ngăn chặn việc phát tán vật liệu thải ra môi trường.

TENG dạng màng được thiết kế để thu hoạch năng lượng từ các nguồn nhân tạo như đi bộ, chạy, gõ và các chuyển động tương tự.