Un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Maryland ha creado un dispositivo de calor a electricidad que funciona con iones y que algún día podría aprovechar el calor del cuerpo para proporcionar energía.

Dirigido por los investigadores de la UMD Liangbing Hu, Robert Briber y Tian Li del departamento de ciencia de materiales, y Siddhartha Das de ingeniería mecánica, el equipo transformó un trozo de madera en una membrana flexible que genera energía a partir del mismo tipo de corriente eléctrica (iones) que utiliza el cuerpo humano. Esta energía se genera utilizando paredes de canales cargadas y otras propiedades únicas de las nanoestructuras naturales de la madera. Con esta nueva tecnología a base de madera, pueden usar un pequeño diferencial de temperatura para generar voltaje iónico de manera eficiente, como se demuestra en un artículo publicado el 25 de marzo en la revista Materiales de la naturaleza .

Si alguna vez ha estado al aire libre durante una tormenta eléctrica, has visto que generar carga entre dos temperaturas muy diferentes es fácil. Pero para pequeñas diferencias de temperatura, es más difícil. Sin embargo, el equipo dice que ha abordado con éxito este desafío. Hu dijo que ahora han "demostrado su dispositivo de prueba de concepto, para recolectar calor de bajo grado utilizando el comportamiento nanoiónico de nanoestructuras de madera procesada ".

Los árboles desarrollan canales que mueven el agua entre las raíces y las hojas. Estos están formados por canales fractalmente más pequeños, y al nivel de una sola celda, canales de solo nanómetros o menos de ancho. El equipo ha aprovechado estos canales para regular los iones.

Los investigadores utilizaron tilo, que es un árbol de rápido crecimiento con bajo impacto ambiental. Trataron la madera y quitaron dos componentes:lignina, que enrojece la madera y le da fuerza, y hemicelulosa, que se enrolla alrededor de las capas de células que las unen. Esto le da a la celulosa restante su flexibilidad característica. Este proceso también convierte la estructura de la celulosa del tipo I al tipo II, que es clave para mejorar la conductividad iónica.

Una membrana hecho de una fina rodaja de madera, estaba bordeado por electrodos de platino, con electrolito a base de sodio infiltrado en la celulosa. Regulan el flujo de iones dentro de los canales diminutos y generan una señal eléctrica. "Las paredes del canal cargado pueden establecer un campo eléctrico que aparece en las nanofibras y así ayudar a regular eficazmente el movimiento de iones bajo un gradiente térmico, "dijo Tian Li, primer autor del artículo. .

Li, quien fue nombrado como uno de los "30 menores de 30" de Forbes en Energía en 2018, dijo que los iones de sodio en el electrolito se insertan en los canales alineados, lo cual es posible por la conversión de la estructura cristalina de la celulosa y por la disociación de los grupos funcionales de la superficie.

"Somos los primeros en demostrar que, este tipo de membrana, con sus extensas matrices de celulosa alineada, se puede utilizar como una membrana selectiva de iones de alto rendimiento mediante nanofluídicos y flujo molecular y amplía en gran medida las aplicaciones de celulosa sostenible en nanoiónicos, "Dijo Li resumiendo su artículo.