Lươn điện mạnh nhất Trái Đất nắm giữ ‘chìa khóa tương lai’

Khi nhu cầu của thế giới về nguồn năng lượng di động ngày càng cao, giới nghiên cứu đã tìm cách nâng cấp công nghệ pin hiện tại, theo Daily Beast.

Nhà vật lý người Italy Alessandro Volta đã khai thác các nguyên tắc điện hóa cơ bản khi ông phát minh ra loại pin đầu tiên vào năm 1800.

Về cơ bản, sự kết hợp của hai vật liệu khác nhau, thường là kim loại, tạo ra phản ứng hóa học khiến dòng electron di chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác. Dòng electron đó đại diện cho năng lượng di động, vốn có thể được khai thác để tạo ra điện.

Vật liệu đầu tiên con người sử dụng để sản xuất pin là đồng và kẽm. Những loại pin tốt nhất hiện nay, tạo ra công suất điện cao nhất với kích thước nhỏ nhất có thể, liên kết lithium kim loại với một trong số các hợp chất kim loại khác nhau. Nhiều cải tiến đã được đưa ra trong hàng thập kỷ, nhưng pin hiện đại vẫn dựa trên cách tiếp cận tương tự Volta.

Cảm hứng từ lươn điện

Trước khi có pin của Volta, cách duy nhất để tạo ra điện là chà xát các vật liệu với nhau, điển hình là lụa trên thủy tinh, và thu lại tĩnh điện. Đây không phải là một cách dễ dàng và thực tế để tạo ra năng lượng điện hữu ích.

Volta biết những con lươn điện có một cơ quan nội tạng đặc biệt dùng để tạo ra điện. Ông lý luận rằng nếu có thể bắt chước hoạt động của nó, ông có thể tìm ra một cách mới để tạo ra điện.

Cơ quan tạo ra điện của một con lươn điện bao gồm các tế bào xếp chồng trông rất giống cuộn đồng xu. Vì vậy, nhà vật lý Volta đã cắt những chiếc đĩa giống như đồng xu từ những tấm vật liệu khác nhau và bắt đầu xếp chúng theo nhiều trình tự khác nhau để xem liệu có thể tạo ra điện.

Tuy nhiên, các thí nghiệm này không mang đến bước đột phá cho đến khi ông thử ghép đĩa đồng với đĩa kẽm, đồng thời ngăn cách chúng bằng giấy được ngâm trong nước muối.

Chuỗi này đã tạo ra điện một cách tình cờ, và sản lượng điện tương ứng với chiều cao của chồng xếp. Volta nghĩ ông đã khám phá ra bí mật về cách lươn điện tạo ra điện và ông thực sự tạo ra một phiên bản mô phỏng của cơ quan phát điện ở con vật. Vì vậy, ban đầu ông gọi khám phá của mình là “cơ quan điện nhân tạo”. Tuy nhiên, thực tế không phải vậy.

Ở thời điểm hiện tại, giới khoa học hiểu rằng các phản ứng điện hóa giữa những vật liệu khác nhau trong thí nghiệm của Volta không liên quan gì đến cách lươn tạo ra điện. Thay vào đó, nó sử dụng cách tiếp cận tương tự cách các tế bào thần kinh của con người tạo ra tín hiệu điện, nhưng lớn hơn nhiều.

Các tế bào chuyên biệt trong cơ quan tạo ra điện của sinh vật này bơm các ion qua màng bán thấm để tạo ra sự chênh lệch điện tích giữa bên trong và bên ngoài màng.

Khi các cổng cực nhỏ trong màng mở ra, dòng chảy nhanh của các ion từ bên này sang bên kia của màng sẽ tạo ra dòng điện. Lươn có thể đồng thời mở tất cả cổng màng theo ý muốn để tạo ra một luồng điện rất lớn, sau đó phóng ra để nhắm mục tiêu vào con mồi.

Những nỗ lực tiếp theo

Lươn điện không làm con mồi bị sốc đến chết. Chúng chỉ gây choáng bằng điện trước khi tấn công. Một con lươn có thể tạo ra hàng trăm Volt điện, nhưng cường độ dòng điện của nó không tồn tại trong thời gian dài để giết chết con mồi. Mỗi xung điện từ một con lươn chỉ kéo dài vài phần nghìn giây và truyền tải ít hơn một ampe.

Giống Volta, một số nhà khoa học hiện đại cũng đã tìm thấy nguồn cảm hứng của họ trong lươn điện để chuyển đổi công nghệ pin.

Một nhóm các nhà khoa học đến từ Mỹ và Thụy Sĩ đang nghiên cứu một loại pin mới lấy cảm hứng từ lươn điện. Họ hy vọng một ngày nào đó, năng lượng từ loại pin này sẽ có ích trong việc cung cấp năng lượng cho thiết bị cấy ghép y tế và robot mềm. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng họ còn một chặng đường dài phía trước.

“Các cơ quan tạo ra điện trong lươn điện rất tinh vi. Chúng mang đến năng lượng tốt hơn nhiều so với chúng ta”, Michael Mayer, một thành viên trong nhóm nghiên cứu từ Đại học Fribourg, cho biết. Vì vậy, nghiên cứu về lươn điện vẫn tiếp tục.

Năm 2019, giải Nobel Hóa học được trao cho ba nhà khoa học đã phát triển pin lithium-ion. Khi trao giải thưởng, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển khẳng định công trình của họ đã “đặt nền móng cho một xã hội ‘không dây’, không sử dụng nhiên liệu hóa thạch”.

Tuyên bố đó đúng một phần vì pin lithium-ion hiện cung cấp năng lượng cho hầu như tất cả thiết bị không dây cầm tay. Tuy nhiên, tuyên bố liên quan đến việc “xã hội không sử dụng nhiên liệu hóa thạch” vẫn cần được theo dõi thêm, vì pin lithium-ion ngày nay được sạc lại bằng điện, vốn thường được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch.

Song vào cuối năm đó, các nhà khoa học từ Viện Smithsonian đã công bố phát hiện ra một loài lươn điện Nam Mỹ mới. Đây được coi là “máy phát điện” sinh học mạnh nhất được biết đến trên Trái Đất.

Các nhà nghiên cứu đã ghi lại sự phóng điện của một con lươn ở 860 Volt, cao hơn nhiều so với mức phóng điện của loài lươn giữ kỷ lục trước đó.