Con el inicio de la era de Internet de las cosas (IoT), los dispositivos han aprendido a comunicarse e intercambiar datos. Esto se logra a través de sensores instalados en objetos físicos, máquinas y equipos. Los sensores pueden detectar cambios en los eventos. Sin embargo, la necesidad de suministro continuo de energía a estos sensores plantea un desafío. Las baterías son voluminosas, caras y no respetuosas con el medio ambiente. Además, necesitan ser reemplazados o recargados constantemente.

En consecuencia, existe una demanda de fuentes de energía sostenibles y renovables para reemplazar las baterías. El nanogenerador triboeléctrico (TENG) es uno de esos dispositivos. En pocas palabras, los TENG convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Su alta eficiencia energética, compatibilidad con materiales fácilmente disponibles y bajo costo los convierten en un candidato prometedor para alimentar sensores.

Sin embargo, a pesar de tales ventajas, los TENG actuales están limitados por una baja corriente de salida. Pero aumentar la corriente de salida requeriría un equipo más grande, lo que haría imposible su uso en dispositivos pequeños. ¿Hay alguna forma de evitar esta compensación?

Un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Sangmin Lee de la Universidad Chung-Ang de Corea ha abordado este problema. "Nuestro laboratorio está interesado en el diseño de TENG de alta potencia y los sensores autoalimentados basados ​​en TENG. Buscamos abordar la limitación de los TENG actuales para que pudieran usarse para realizar fuentes de energía portátiles en la práctica", dice el Dr. Lee, explicando su motivación detrás del estudio, que se publicó en Advanced Energy Materials . El estudio aparecerá en la portada del próximo número.

El equipo desarrolló un dispositivo novedoso en su estudio llamado "TENG de aleteo vertical impulsado por inhalación" (IVF-TENG) que exhibe una salida de corriente amplificada. "La respiración actúa como una entrada mecánica continua y se puede usar para operar los TENG. Los TENG de aleteo de película son dispositivos impulsados ​​por la respiración que pueden generar una salida eléctrica continua a partir de una entrada de respiración extremadamente pequeña al explotar el fenómeno de aleteo que surge de las vibraciones inducidas por el flujo de aire. ", explica el Dr. Lee.

El IVF-TENG está compuesto por un electrodo de entrada de aluminio (Al), una lámina dieléctrica aeroelástica (poliimida) y un electrodo de salida de Al. La hoja aeroelástica tiene cuatro segmentos con cuatro ranuras y está sujeta a un comportamiento de aleteo vertical causado por el flujo de aire. Esto hace que el IVF-TENG propuesto sea diferente de los TENG existentes.

El equipo investigó los mecanismos eléctricos y mecánicos de IVF-TENG. Descubrieron que IVF-TENG generaba un voltaje eléctrico continuo de alta frecuencia (17 V) y una corriente de circuito cerrado de 1,84 μA durante la inhalación, y un voltaje de descarga electrostática de 456 V y una corriente de salida de circuito cerrado de 288 mA en el principio y final de cada ciclo inspiratorio.

Además, demostraron que IVF-TENG puede alimentar continuamente 130 LED en serie y 140 LED en paralelo en cada inhalación. Además, podría cargar un capacitor de 660 𝜇F para, a su vez, alimentar un rastreador Bluetooth y enviar su señal a un teléfono inteligente. Estas propiedades demostraron el potencial de aplicación de IVF-TENG en electrónica portátil y transmisión inalámbrica de datos.

Además, los investigadores integraron IVF-TENG en una máscara de gas y demostraron su capacidad para controlar el patrón de respiración del usuario mediante la observación de la forma de onda de respuesta de salida. Además, podría detectar agentes de guerra química como cloruro de cianógeno, sarín y metilfosfonato de dimetilo (DMMP), lo que demuestra su potencial para su uso durante emergencias. "Dado que las máscaras de gas se usan ampliamente en emergencias como incendios y exposición a gases químicos, nos enfocamos en aplicar TENG a una máscara de gas. Creemos que IVF-TENG se puede usar como un sensor autoalimentado en tales escenarios", dice el Dr. Lee . + Explora más

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