(Phys.org) - La idea de recolectar energía ambiental del medio ambiente que de otra manera no se usaría a propósito es, En teoria, una excelente manera de producir verde, energía renovable. Pero el mayor problema en esta área de investigación relativamente nueva es que los científicos aún tienen que encontrar un método que pueda recolectar grandes cantidades de energía. Sin embargo, la tecnología está mejorando constantemente, como lo demuestra el desarrollo de un nanogenerador que puede cargar parcialmente una batería de iones de litio al recolectar energía de las fluctuaciones de temperatura en el medio ambiente.

Los científicos, Ya Yang y Sihong Wang del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta, Yan Zhang del Instituto de Tecnología de Georgia y la Academia de Ciencias de China en Beijing, y Zhong Lin Wang de ambas instituciones, han publicado un artículo sobre un nanogenerador piroeléctrico en un número reciente de Nano letras .

Los científicos llaman al dispositivo un nanogenerador piroeléctrico (PENG) porque se basa en el efecto piroeléctrico, en el que la polarización de un material anisotrópico cambia en respuesta a las fluctuaciones de temperatura, que se puede utilizar para recolectar energía térmica. A diferencia del efecto Seebeck, que se utiliza para recolectar energía térmica en función de la diferencia de temperatura entre dos extremos de un dispositivo, el efecto piroeléctrico ocurre en ambientes donde la temperatura es espacialmente uniforme pero cambia con el tiempo.

"El calor desperdiciado es una rica fuente de energía que se puede aprovechar, "Zhong Lin Wang dijo Phys.org . "En 2010, por ejemplo, más del 50 por ciento de la energía generada a partir de todas las fuentes en los EE. UU. se perdió principalmente en forma de calor desperdiciado, lo que nos presenta una gran oportunidad para cosechar este tipo de energía utilizando nanotecnología. La recolección de energía termoeléctrica se basa principalmente en el efecto Seebeck, que utiliza una diferencia de temperatura entre dos extremos del dispositivo para impulsar la difusión de los portadores de carga. La presencia de un gradiente de temperatura es imprescindible para la celda termoeléctrica convencional. Sin embargo, en un entorno donde la temperatura es espacialmente uniforme sin gradiente, como el aire libre en nuestra vida diaria, el efecto Seebeck apenas es útil para recolectar energía térmica que surge de una fluctuación de temperatura dependiente del tiempo. En este caso, el efecto piroeléctrico es la elección, que se trata de la polarización espontánea en ciertos sólidos anisotrópicos como resultado de la fluctuación de temperatura, pero hay pocos estudios sobre el uso del efecto piroeléctrico para recolectar energía térmica ".

Hasta la fecha, Los PENG han tenido voltajes de salida por debajo de 0.1 V y corriente por debajo de 1 nA, que son demasiado bajos para impulsar cualquier electrónica comercial. Aquí, los investigadores demostraron que un PENG hecho de una película delgada de titanato de circonato de plomo (PZT) tiene un voltaje de salida de hasta 22 V, un pico de corriente de 430 nA, y una densidad de corriente de 171 nA / cm ² cuando se expone a un cambio de temperatura de 45 K a una velocidad de 0,2 K / segundo. La película delgada de PZT tiene 21 mm de largo, 12 mm de ancho, y 175 μm de grosor, aproximadamente la mitad del tamaño de un sello postal.

Con estas mejoras en voltaje y corriente, un solo pulso de salida del PENG podría alimentar continuamente una pantalla LCD durante más de 60 segundos; en comparación, un nanogenerador piezoeléctrico, que recolecta energía mecánica del medio ambiente, puede alimentar una pantalla LCD durante unos 2 segundos.

Para expandir las aplicaciones potenciales del PENG, los investigadores querían almacenar la energía eléctrica que generaba a partir de las fluctuaciones de temperatura. Así que lo conectaron a una batería de moneda de iones de litio, y demostró que el PENG podía cargar la batería de 650 a 810 mV en aproximadamente 3 horas. Luego demostraron que esta capacidad eléctrica almacenada podría usarse para encender un LED verde durante unos segundos.

Otra aplicación potencial de los PENG son los sensores inalámbricos. Los investigadores explicaron que los sensores inalámbricos pueden ser alimentados por una batería de iones de litio recargable con un voltaje de 2.8 V. Sin embargo, el PENG fabricado aquí tiene una corriente demasiado pequeña para hacer esto, ya que la corriente no puede superar completamente la autodescarga inherente de la batería. Los investigadores predicen que duplicar el área de la película PZT duplicaría la corriente, y aumentar el grosor de la película PZT también podría aumentar la corriente. Estas mejoras podrían hacer que los nanogeneradores piroeléctricos sean atractivos para impulsar sensores inalámbricos, LCDs, y otros pequeños dispositivos electrónicos, simplemente recolectando los cambios de temperatura en el medio ambiente.

"En nuestro entorno de vida, el cambio de temperatura puede provenir de una caída inducida por el flujo de aire en la temperatura ambiente, la generación de calor cíclica cerca de un motor, iluminación de la luz del sol con una sombra en movimiento, encendido y apagado de agua caliente / flujo de aire en una tubería, etc. ", dijo Zhong Lin Wang.

En la actualidad, los investigadores continúan mejorando la potencia de salida del PENG y también están integrando la tecnología con algunos productos existentes para demostrar sus aplicaciones prácticas.

Copyright 2012 Phys.org
Reservados todos los derechos. Este material puede no ser publicado, transmisión, reescrito o redistribuido total o parcialmente sin el permiso expreso por escrito de PhysOrg.com.