Deslizar dos materiales entre sí puede iluminar una serie de LEDs. Fuente: Georgia Tech.
Imagínese encender su teléfono celular con sólo caminar alrededor de su oficina o frotándolo con la palma de su mano. En lugar de enchufarlo a la pared, usted se convierte en la fuente de alimentación.
Investigadores del Georgia Institute of Technology (Atlanta) han presentado en la última Reunión y Exposición Nacional de la Sociedad Americana de Química (ACS), la sociedad científica más grande del mundo, las posibilidades comerciales y ecológicas de esta idea.
El encuentro, al que asisten miles de científicos, incluye más de 10.000 informes sobre nuevos avances en ciencia y otros temas. Se celebra en el Centro de Convenciones de Dallas (texas) hasta el jueves.
Aprovechar la energía mecánica
Zhong Lin Wang y su equipo, incluyendo el estudiante de posgrado Long Lin, quien presentó el trabajo, se han propuesto transformar la manera en que vemos la energía mecánica. Hasta ahora, las fuentes de energía convencionales se han basado en la ciencia del siglo pasado, que requiere plantas de energía costosas y dispersas y una red para distribuir la electricidad.
"Hoy en día las plantas de carbón, gas natural y energía nuclear usan todas generadores de inducción electrómagnética accionados por motor de turbina", explica Wang en la nota de prensa de la ACS. "Durante cien años, esa ha sido la única manera de convertir la energía mecánica en energía eléctrica."
Hace un par de años, el equipo de Wang en el Instituto de Tecnología de Georgia estaba trabajando en un generador en miniatura basado en un fenómeno de energía llamado el efecto piezoeléctrico, que es resultante de la presión.
La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica en su masa y aparecen un diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.
Un descubrimiento fortuito
Para su sorpresa, los científicos descubrieron que el generador producía más energía de lo esperado. Investigaron la causa de este exceso, y descubrieron que dos superficies de polímero en el dispositivo se habían frotado entre sí, produciendo lo que se llama un efecto triboeléctrico, básicamente lo que la mayoría de nosotros conocemos como electricidad estática.
Sobre la base de este descubrimiento fortuito, Wang desarrolló entonces el primer nanogenerador triboeléctrica o TENG. Emparejó dos láminas de diferentes materiales -uno dona electrones, y el otro los acepta". Cuando las hojas se tocan, los electrones fluyen de una a la otra. Cuando se separan las hojas, se desarrolla una tensión entre ellas.
Desde la primera publicación de su laboratorio sobre el TENG, en 2012, han aumentado la densidad de potencia de salida por un factor de 100.000, con la densidad de potencia de salida ya en 300 vatios por metro cuadrado. Ahora, con un pedal, Wang puede iluminar una lámina con mil bombillas LED.
Su grupo ha incorporado el TENG a plantillas de zapatos, silbatos, pedales, alfombrillas, mochilas y boyas oceánicas para distintas aplicaciones potenciales. Estos aparatos aprovechan el poder del movimiento cotidiano desde lo más pequeño (dar un paso) hasta lo más grande (olas del mar). Estos movimientos producen energía mecánica que ha estado con nosotros todo el tiempo, pero los científicos no sabían cómo convertirla directamente en energía utilizable de manera sostenible hasta ahora.
Investigadores del Georgia Institute of Technology (Atlanta) han presentado en la última Reunión y Exposición Nacional de la Sociedad Americana de Química (ACS), la sociedad científica más grande del mundo, las posibilidades comerciales y ecológicas de esta idea.
El encuentro, al que asisten miles de científicos, incluye más de 10.000 informes sobre nuevos avances en ciencia y otros temas. Se celebra en el Centro de Convenciones de Dallas (texas) hasta el jueves.
Aprovechar la energía mecánica
Zhong Lin Wang y su equipo, incluyendo el estudiante de posgrado Long Lin, quien presentó el trabajo, se han propuesto transformar la manera en que vemos la energía mecánica. Hasta ahora, las fuentes de energía convencionales se han basado en la ciencia del siglo pasado, que requiere plantas de energía costosas y dispersas y una red para distribuir la electricidad.
"Hoy en día las plantas de carbón, gas natural y energía nuclear usan todas generadores de inducción electrómagnética accionados por motor de turbina", explica Wang en la nota de prensa de la ACS. "Durante cien años, esa ha sido la única manera de convertir la energía mecánica en energía eléctrica."
Hace un par de años, el equipo de Wang en el Instituto de Tecnología de Georgia estaba trabajando en un generador en miniatura basado en un fenómeno de energía llamado el efecto piezoeléctrico, que es resultante de la presión.
La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica en su masa y aparecen un diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.
Un descubrimiento fortuito
Para su sorpresa, los científicos descubrieron que el generador producía más energía de lo esperado. Investigaron la causa de este exceso, y descubrieron que dos superficies de polímero en el dispositivo se habían frotado entre sí, produciendo lo que se llama un efecto triboeléctrico, básicamente lo que la mayoría de nosotros conocemos como electricidad estática.
Sobre la base de este descubrimiento fortuito, Wang desarrolló entonces el primer nanogenerador triboeléctrica o TENG. Emparejó dos láminas de diferentes materiales -uno dona electrones, y el otro los acepta". Cuando las hojas se tocan, los electrones fluyen de una a la otra. Cuando se separan las hojas, se desarrolla una tensión entre ellas.
Desde la primera publicación de su laboratorio sobre el TENG, en 2012, han aumentado la densidad de potencia de salida por un factor de 100.000, con la densidad de potencia de salida ya en 300 vatios por metro cuadrado. Ahora, con un pedal, Wang puede iluminar una lámina con mil bombillas LED.
Su grupo ha incorporado el TENG a plantillas de zapatos, silbatos, pedales, alfombrillas, mochilas y boyas oceánicas para distintas aplicaciones potenciales. Estos aparatos aprovechan el poder del movimiento cotidiano desde lo más pequeño (dar un paso) hasta lo más grande (olas del mar). Estos movimientos producen energía mecánica que ha estado con nosotros todo el tiempo, pero los científicos no sabían cómo convertirla directamente en energía utilizable de manera sostenible hasta ahora.
La química
La clave para el gran salto de la producción y otras mejoras en el futuro es la química.
" La cantidad de carga transferida depende de las propiedades de la superficie", explica Wang. "Haciendo patrones de nanomateriales en las superficies de las películas poliméricas aumenta el área de contacto entre las hojas y se puede multiplicar por 1.000 la potencia generada."
Con estas mejoras, Wang dijo que su grupo está trabajando en comercializar productos para recargar teléfonos celulares y otros dispositivos móviles utilizando TENG. A la larga, prevé que estos nanogeneradores puedan tener un impacto mucho mayor a una escala mucho más grande.
Los investigadores podrán utilizar la tecnología para aprovechar la energía sin fin de las olas del mar, las gotas de lluvia y el viento que nos rodea -con pequeños generadores en lugar de grandes turbinas- para ayudar a alimentar la siempre creciente demanda de energía del mundo, señalan.
En trenes
El aprovechamiento del efecto piezoeléctrico ha dado lugar a otras investigaciones, como la técnica desarrollada en Israel, que permite generar electricidad a través del paso de los trenes por las vías.
Los primeros resultados de las pruebas indicaban que los sectores de vías por los cuales circulan entre 10 y 20 trenes de 10 vagones por hora pueden generar 120 kilovatios de energía renovable por hora. Esta producción puede emplearse para colaborar en la alimentación eléctrica de los trenes o de las señales ferroviarias.
Además, los dispositivos piezoeléctricos no solamente recolectan energía, sino que además pueden recopilar información vital que incluye la velocidad de las unidades ferroviarias, el número de ruedas de cada coche, el peso de cada rueda y el diámetro de las mismas.
La clave para el gran salto de la producción y otras mejoras en el futuro es la química.
" La cantidad de carga transferida depende de las propiedades de la superficie", explica Wang. "Haciendo patrones de nanomateriales en las superficies de las películas poliméricas aumenta el área de contacto entre las hojas y se puede multiplicar por 1.000 la potencia generada."
Con estas mejoras, Wang dijo que su grupo está trabajando en comercializar productos para recargar teléfonos celulares y otros dispositivos móviles utilizando TENG. A la larga, prevé que estos nanogeneradores puedan tener un impacto mucho mayor a una escala mucho más grande.
Los investigadores podrán utilizar la tecnología para aprovechar la energía sin fin de las olas del mar, las gotas de lluvia y el viento que nos rodea -con pequeños generadores en lugar de grandes turbinas- para ayudar a alimentar la siempre creciente demanda de energía del mundo, señalan.
En trenes
El aprovechamiento del efecto piezoeléctrico ha dado lugar a otras investigaciones, como la técnica desarrollada en Israel, que permite generar electricidad a través del paso de los trenes por las vías.
Los primeros resultados de las pruebas indicaban que los sectores de vías por los cuales circulan entre 10 y 20 trenes de 10 vagones por hora pueden generar 120 kilovatios de energía renovable por hora. Esta producción puede emplearse para colaborar en la alimentación eléctrica de los trenes o de las señales ferroviarias.
Además, los dispositivos piezoeléctricos no solamente recolectan energía, sino que además pueden recopilar información vital que incluye la velocidad de las unidades ferroviarias, el número de ruedas de cada coche, el peso de cada rueda y el diámetro de las mismas.