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Electricidad gratuita de nanogeneradores
Los dispositivos electrónicos portátiles de hoy (excepto los relojes de cuerda automática y las radios de manivela) dependen de las baterías para su alimentación. Ahora, los investigadores han demostrado que los nanocables económicos y fáciles de fabricar pueden recolectar energía mecánica, lo que posiblemente lleve a avances como los implantes médicos que funcionan con electricidad generada a partir de vasos sanguíneos pulsantes y teléfonos móviles alimentados por nanocables en las suelas de los zapatos.
Un gráfico que muestra picos de descarga eléctrica a medida que se escanean los nanocables. (Cortesía de Zhong Lin Wang, Georgia Tech.)
Cuando caminas, generas 67 vatios. El movimiento de su dedo es de 0,1 vatios. Tu respiración es de un vatio. Si puede convertir una fracción de eso, puede alimentar un dispositivo. A partir del concepto que demostramos, podemos convertir entre un 17% y un 30% de eso, dice Zhong Lin Wang , profesor de ciencia de materiales en Georgia Tech y uno de los investigadores del trabajo, publicado en la revista Ciencias .
Sus resultados confirman una teoría: los nanocables de óxido de zinc mostrarán un poderoso efecto piezoeléctrico, que es la producción de electricidad en respuesta a la presión mecánica. Normalmente, las cargas positivas y negativas de los iones de zinc y oxígeno en estos nanocables cristalinos se cancelan entre sí. Pero cuando los alambres, que se cultivan químicamente para colocarse de punta en la parte superior de un electrodo, se doblan en respuesta a, digamos, una vibración, los iones se desplazan. Esto desequilibra las cargas y crea un campo eléctrico que produce una corriente cuando el nanoalambre está conectado a un circuito.
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Aunque cada nanocable por sí solo produce muy poca energía, dice Wang, con la salida simultánea de muchos nanocables, podemos generar alta potencia, suficiente para ejecutar un pequeño implante médico. El trabajo informado en Ciencias involucró solo nanocables, pero Wang dice que su laboratorio ya ha desarrollado tecnología para recolectar energía de múltiples nanocables.
Debido a que el proceso químico mediante el cual se pueden cultivar los cables no es costoso, en algún momento puede ser práctico producir conjuntos grandes que sean capaces de proporcionar suficiente energía para la electrónica de consumo. Podemos cultivarlos en sustratos de polímero a muy bajo costo, dice Wang. Nuestro objetivo es ponerlos algún día en los zapatos de las personas para que puedas generar electricidad mientras caminas.
Sin embargo, antes de que se pueda desarrollar cualquier dispositivo alimentado por nanocables, los investigadores deberán encontrar formas de conectar todos los nanocables a los circuitos. Que dice Yi Cui , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Stanford, será un desafío, pero debería ser factible. De hecho, Wang estima que, basándose en su progreso actual, los dispositivos prototipo estarán funcionando dentro de cinco años.
Una de las primeras aplicaciones de los nanogeneradores es proporcionar energía a un sensor de glucosa implantado debajo de la piel del brazo. Tal sensor transmitiría lecturas de azúcar en sangre a un reloj de pulsera y, dice Cui, un día el implante del sensor podría liberar insulina automáticamente cuando sea necesario.
Los materiales piezoeléctricos se utilizan con frecuencia en dispositivos a microescala. La novedad de esta aplicación es la facilidad con la que se pueden fabricar nanogeneradores a nanoescala, dice Jun Liu , investigadora del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. Estos alambres delgados se pueden doblar más que el óxido de zinc a granel sin romperse, lo que permite aplicar más tensión y generar más electricidad. Creo que es un trabajo muy importante, dice Liu. [Wang] ha hecho cosas que la gente sospechaba que eran posibles, pero nunca funcionó.