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Cómo la fricción puede algún día cargar su teléfono celular
El fenómeno que causa un doloroso golpe cuando tocas el metal después de arrastrar los zapatos por la alfombra, algún día podría aprovecharse para cargar dispositivos electrónicos personales.
Los investigadores de Georgia Tech han creado un dispositivo que aprovecha la electricidad estática para convertir el movimiento, como un teléfono que rebota en el bolsillo, en energía suficiente para cargar la batería de un teléfono celular. Es la primera demostración de que este tipo de materiales tienen suficiente fuerza para alimentar la electrónica personal.
El exceso de energía que se produce al caminar, inquietarse o incluso respirar puede, en teoría, aprovecharse para alimentar implantes médicos y otros dispositivos electrónicos. Sin embargo, aprovechar la energía de estos pequeños movimientos es un desafío.
Zhong Lin Wang , profesor de ciencia de los materiales en Georgia Tech, ha estado trabajando en el problema durante varios años, centrándose principalmente en materiales piezoeléctricos que generan un voltaje eléctrico bajo tensión mecánica (consulte Aprovechamiento de la energía de hámster con un nanogenerador). Wang y otros han amplificado el efecto piezoeléctrico al fabricar materiales estructurados a nanoescala. Sin embargo, hasta ahora, los nanogeneradores piezoeléctricos no han tenido una potencia de salida muy impresionante.
Ahora, el grupo de Wang ha demostrado que un enfoque diferente puede ser más prometedor: la electricidad estática y la fricción. Este es el efecto que se produce cuando se pasa un peine de plástico por el cabello en un día seco y se pone de punta. Los investigadores de Georgia Tech demostraron que este fenómeno de carga estática, llamado efecto triboeléctrico, se puede aprovechar para producir energía utilizando un tipo de plástico, tereftalato de polietileno y un metal. Cuando las películas delgadas de estos materiales entran en contacto entre sí, se cargan. Y cuando se flexionan las dos películas, fluye una corriente entre ellas, que se puede aprovechar para cargar una batería. Cuando las dos superficies están modeladas con estructuras a nanoescala, su área de superficie es mucho mayor, al igual que la fricción entre los materiales y la energía que pueden producir.
El nanogenerador de Georgia Tech puede convertir del 10 al 15 por ciento de la energía en movimientos mecánicos en electricidad, y los materiales más delgados deberían poder convertir hasta en un 40 por ciento, dice Wang. Un cuadrado del tamaño de una uña del nanomaterial triboeléctrico puede producir ocho milivatios cuando se flexiona, suficiente potencia para hacer funcionar un marcapasos. Un parche de cinco por cinco centímetros puede iluminar 600 LED a la vez o cargar una batería de iones de litio que luego puede alimentar un teléfono celular comercial. El grupo de Wang describió estos resultados en línea en la revista. Nano letras .
La elección de materiales es amplia y la fabricación del dispositivo es fácil, dice Wang. Cualquiera de los aproximadamente 50 plásticos, metales y otros materiales comunes se pueden combinar para fabricar este tipo de dispositivo.
Estoy impresionado con la densidad de potencia aquí, dice Shashank Priya , director del Centro de Materiales y Sistemas de Cosecha de Energía en Virginia Tech. Otros materiales inteligentes no han producido suficiente energía para aplicaciones prácticas, dice.
Queda por ver si el nuevo nanogenerador funcionará fuera del laboratorio. Necesitan demostrar que esto puede generar energía a partir de vibraciones mecánicas en la vida real, dice Jiangyu Li , profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Washington en Seattle. Para trabajar en el mundo real, un limpiador de energía tendrá que poder captar las frecuencias vibratorias que proporcionan la mayor cantidad de energía. Un nanogenerador que solo puede captar vibraciones mecánicas de baja energía tardaría demasiado en cargar un teléfono celular, señala Priya. Wang dice que está en conversaciones con empresas sobre el desarrollo del eliminador de energía para aplicaciones particulares y prevé que se use en un brazalete.