Mới đây, một loại pin nhiên liệu mới, có kích thước như một cuốn sách nhỏ, đang được phát triển nhằm cung cấp một giải pháp thay thế khả thi cho các cảm biến dưới lòng đất trong lĩnh vực nông nghiệp. Thông tin được công bố trên tạp chí Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.

Nhóm chuyên gia đã tập trung vào tính bền bỉ của pin nhiên liệu mới này, nhấn mạnh khả năng chịu đựng với các điều kiện môi trường đa dạng, bao gồm cả đất khô cằn và vùng ngập lụt. Theo George Wells, một thành viên trong nhóm nghiên cứu cho biết: "Vi sinh vật trong đất rất phong phú và phân bố rộng rãi. Chúng ta có thể tận dụng các hệ thống thiết kế đơn giản để thu được năng lượng từ chúng. Mặc dù không đủ để cung cấp điện cho một thành phố to lớn nhưng chúng ta có thể sử dụng năng lượng này cho các ứng dụng cụ thể và tiết kiệm năng lượng."

Phần nắp in 3D của pin nhô lên khỏi mặt đất.

Các chất hóa học từ pin có thể thẩm thấu vào đất. Vì vậy công nghệ mới này cũng được coi là một giải pháp thân thiện với môi trường, loại bỏ những lo ngại về các thành phần độc hại và dễ cháy của pin truyền thống.

Về cấu trúc, pin nhiên liệu mới sử dụng vải carbon cho cực anode và kim loại trơ, dẫn điện, cho cực cathode. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng vật liệu chống nước trên bề mặt cực cathode, giúp pin vận hành mạnh mẽ ngay cả khi ngập nước và khô dần sau khi tiếp xúc với nước.

Pin nhiên liệu sạch trong phòng thí nghiệm (trái) và khi dính đất (phải).

Nguyên mẫu pin nhiên liệu đã chứng minh hiệu suất cao, tạo ra một lượng điện lớn hơn 68 lần so với nhu cầu của các cảm biến. Pin cũng có độ bền cao để chống lại biến động độ ẩm đất. Đội ngũ chuyên gia cũng đã kết nối các cảm biến đất với một anten nhỏ để truyền dữ liệu không dây, giúp pin nhiên liệu gửi thông tin đến một trạm gần nhất. Đáng chú ý, pin nhiên liệu mới không chỉ hoạt động hiệu quả trong cả điều kiện khô và ẩm, còn có độ bền tốt hơn khoảng 120% so với các công nghệ tương tự.

"Số lượng thiết bị trong mạng lưới Internet Vạn Vật (Internet of Things) không ngừng tăng lên. Nếu hình dung một tương lai với hàng nghìn tỷ thiết bị này, chúng ta không thể chế tạo tất cả chúng bằng lithium, kim loại nặng và những chất độc nguy hiểm cho môi trường", Bill Yen, người đứng đầu nghiên cứu mới, cho biết.

"Chúng ta cần tìm những giải pháp thay thế có thể cung cấp mức năng lượng nhỏ để vận hành mạng lưới thiết bị phi tập trung. Để tìm kiếm giải pháp, chúng tôi đã nghiên cứu pin nhiên liệu vi sinh vật trong đất, sử dụng các vi sinh vật đặc biệt để phân giải đất và cung cấp lượng điện nhỏ này cho các cảm biến. Chỉ cần có carbon hữu cơ trong đất để vi sinh vật phân giải, pin nhiên liệu có thể tồn tại vĩnh viễn", Yen kết luận.

Khánh Chi/Theo Northwestern