Los investigadores del Instituto de Nanomateriales de Clemson CNI están un paso más cerca de alimentar el mundo de forma inalámbrica mediante triboelectricidad, una fuente de energía verde
En marzo de 2017, un grupo de físicos en CNI inventó el nanogenerador triboeléctrico ultra simple, o U-TENG, un pequeño dispositivo hecho simplemente de plástico y cinta que genera electricidad a partir del movimiento y las vibraciones. Cuando los dos materiales se juntan- por ejemplo, aplaudiendo o tocando los pies - se genera un voltaje que es detectado por un circuito externo con cable. La energía eléctrica, a través del circuito, se almacena en un condensador o una batería hasta que se necesita.
Nueve meses después, en un artículo publicado en la revista Materiales de energía avanzada , los investigadores han descubierto una versión inalámbrica de TENG, llamada W-TENG, que amplía enormemente las aplicaciones de la tecnología.
El W-TENG fue diseñado bajo la misma premisa que el U-TENG, utilizando materiales que son tan opuestos en afinidad por los electrones que generan un voltaje cuando se ponen en contacto entre sí.
En el W-TENG, el plástico se cambió por una fibra multiparte hecha de grafeno, una sola capa de grafito o plomo para lápices, y un polímero biodegradable conocido como ácido poliláctico PLA. PLA, por sí solo, es excelente para separar las cargas positivas y negativas, pero no es tan bueno para conducir electricidad, razón por la cual los investigadores lo combinaron con grafeno. La cinta de Kapton, el material de agarre de electrones del U-TENG, fue reemplazada por Teflón, uncompuesto conocido por recubrir sartenes antiadherentes.
"Utilizamos Teflón porque tiene muchos grupos de flúor que son altamente electronegativos, mientras que el grafeno-PLA es altamente electropositivo. Esa es una buena manera de yuxtaponer y crear altos voltajes", dijo Ramakrishna Podila, autor correspondiente del estudio yprofesor asistente de física en Clemson.
Para obtener grafeno, los investigadores expusieron su compuesto original, el grafito, a una onda de sonido de alta frecuencia. La onda de sonido luego actúa como una especie de cuchillo, cortando el "mazo de cartas" que es grafito en capa tras capa de grafeno.Este proceso, llamado sonicación, es la forma en que CNI puede ampliar la producción de grafeno para satisfacer las demandas de investigación y desarrollo del W-TENG y otras invenciones de nanomateriales en desarrollo.
Después de ensamblar la fibra de grafeno-PLA, los investigadores explotaron la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, para extraer la fibra en una impresora 3D, y nació el W-TENG.
El resultado final es un dispositivo que genera un voltaje máximo de 3000 voltios, suficiente para alimentar 25 enchufes eléctricos estándar, o en una escala más grande, ventanas tintadas de forma inteligente o un monitor de pantalla de cristal líquido LCD.tan alto, el W-TENG genera un campo eléctrico a su alrededor que se puede detectar de forma inalámbrica. Su energía eléctrica también se puede almacenar de forma inalámbrica en condensadores y baterías.
"No solo puede proporcionarle energía, sino que también puede usar el campo eléctrico como un control remoto accionado. Por ejemplo, puede tocar el W-TENG y usar su campo eléctrico como un 'botón' para abrir la puerta de su garaje, opodría activar un sistema de seguridad, todo sin batería, pasiva e inalámbricamente ", dijo Sai Sunil Mallineni, el primer autor del estudio y estudiante de doctorado en física y astronomía.
Las aplicaciones inalámbricas del W-TENG son abundantes y se extienden a entornos de recursos limitados, como en el espacio exterior, en medio del océano o incluso en el campo de batalla militar. Como tal, Podila dice que existe un uso filantrópico definitivo para elinvención del equipo.
"Varios países en desarrollo requieren mucha energía, aunque es posible que no tengamos acceso a baterías o tomas de corriente en tales entornos", dijo Podila. "El W-TENG podría ser una de las formas más limpias de generar energía en estas áreas."
El equipo de investigadores, nuevamente dirigido por Mallineni, está en proceso de patentar el W-TENG a través de la Fundación de Investigación de la Universidad de Clemson. El profesor Apparao Rao, director del Instituto de Nanomateriales de Clemson, también está en conversaciones con socios industriales para comenzar a integrarseW-TENG en aplicaciones de energía.
Sin embargo, antes de la producción industrial, Podila dice que se están realizando más investigaciones para reemplazar el teflón con un material electronegativo más respetuoso con el medio ambiente. Un competidor para el rediseño es MXene, un compuesto inorgánico bidimensional que tiene la conductividad de un metal de transición yla naturaleza amante del agua de los alcoholes como el propanol. Yongchang Dong, otro estudiante graduado en CNI, dirigió el trabajo para demostrar el MXene-TENG, que se publicó en un artículo de la revista en noviembre de 2017 nano energía . Herbert Behlow y Sriparna Bhattacharya de CNI también contribuyeron a estos estudios.
¿El W-TENG tendrá un impacto en el ámbito de las energías alternativas renovables? Rao dice que se reducirá a la economía
"Solo podemos llevarlo tan lejos como científicos; la economía debe funcionar para que el W-TENG tenga éxito", dijo Rao.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Clemson . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :