Un nuevo concepto en la recolección de energía podría capturar energía que actualmente se desperdicia principalmente debido a su baja frecuencia característica y usarla para alimentar dispositivos electrónicos de próxima generación. En un proyecto financiado por el gigante de la electrónica Samsung, un equipo de científicos de materiales de Penn State yLos ingenieros eléctricos han diseñado un transductor de energía mecánica basado en diodos iónicos orgánicos flexibles que apunta hacia una nueva dirección en la recolección de energía escalable de la energía mecánica no utilizada en el medio ambiente, incluido el viento, las olas oceánicas y el movimiento humano.
Los dispositivos para recolectar energía mecánica ambiental para convertir en electricidad se utilizan ampliamente para alimentar dispositivos electrónicos portátiles, dispositivos biomédicos y el llamado Internet de las cosas IoT, objetos cotidianos que se conectan de forma inalámbrica a Internet. El más común de estos dispositivos, basado en el efecto piezoeléctrico, funciona de manera más eficiente a alta frecuencia, mayor de 10 vibraciones por segundo. Pero a frecuencias más bajas su rendimiento disminuye drásticamente.
"Nuestro concepto es diseñar específicamente una forma de convertir el movimiento de baja frecuencia, como el movimiento humano o las olas del océano, en electricidad", dijo Qing Wang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, Penn State. "Es por eso que surgiócon este dispositivo de unión pn de polímero orgánico "
Llamado diodo iónico, su dispositivo está compuesto por dos electrodos nanocompuestos con iones móviles con carga opuesta separados por una membrana de policarbonato. Los electrodos son una matriz polimérica llena de nanotubos de carbono e infundidos con líquidos iónicos. Los nanotubos mejoran la conductividad y la resistencia mecánicade los electrodos. Cuando se aplica una fuerza mecánica, los iones se difunden a través de la membrana, creando una corriente continua continua. Al mismo tiempo, se establece un potencial incorporado que se opone a la difusión de iones hasta que se alcanza el equilibrio. El ciclo completo opera auna frecuencia de una décima de hercios, o una vez cada 10 segundos.
Para los teléfonos inteligentes, la energía mecánica involucrada al tocar la pantalla podría convertirse en electricidad que se puede almacenar en la batería. Otro movimiento humano podría proporcionar la energía para alimentar una tableta o dispositivo portátil.
"Debido a que el dispositivo es un polímero, es flexible y liviano", dijo Wang. "Cuando se incorpora a un teléfono inteligente de próxima generación, esperamos proporcionar el 40 por ciento de la energía requerida de la batería. Con menos demanda dela batería, el problema de seguridad debe resolverse "
Según los autores en el documento "Dispositivos iónicos flexibles para la recolección de energía mecánica de baja frecuencia" publicado en línea en la revista Advanced Energy Materials, "La densidad de potencia máxima de nuestro dispositivo es en general mayor o comparable a la de los generadores piezoeléctricosoperado en sus frecuencias más eficientes "
Michael Hickner, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, produjo los polímeros iónicos, con Liang Zhu, un erudito postdoctoral en su grupo. Qiming Zhang, distinguido profesor de ingeniería eléctrica, y su grupo se centró en la integración y el rendimiento del dispositivo. El grupo de Wang, incluidos los coautores del investigador postdoctoral Qi Li y el estudiante de posgrado Yong Zhang, centrados en la optimización de materiales. Los coautores principales son el investigador visitante Ying Hou, el recién graduado de doctorado Yue Zhou y el erudito visitante Lu Yang, todos parte del grupo de Zhang.
"En este momento, a bajas frecuencias, ningún otro dispositivo puede superar a este. Por eso creo que este concepto es emocionante", dijo Wang.
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Materiales proporcionado por Instituto de Investigación de Materiales de Penn State . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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