Los investigadores del Instituto de Nanomateriales de Clemson (CNI) están un paso más cerca de alimentar el mundo de forma inalámbrica utilizando triboelectricidad, una fuente de energía verde.

En marzo de 2017, un grupo de físicos del CNI inventó el nanogenerador triboeléctrico ultra simple, o U-TENG:un pequeño dispositivo hecho simplemente de plástico y cinta que genera electricidad a partir del movimiento y las vibraciones. Cuando los dos materiales se unen, dando palmadas o golpeando con los pies, por ejemplo, se genera un voltaje que es detectado por un cable, circuito externo. Energía eléctrica, por el circuito, luego se almacena en un condensador o una batería hasta que se necesite.

Nueve meses después en un artículo publicado en la revista Materiales energéticos avanzados , los investigadores han descubierto una versión inalámbrica de TENG, llamado W-TENG, lo que amplía enormemente las aplicaciones de la tecnología.

El W-TENG fue diseñado bajo la misma premisa que el U-TENG, utilizando materiales que tienen una afinidad tan opuesta por los electrones que generan un voltaje cuando se ponen en contacto entre sí.

En el W-TENG, El plástico se cambió por una fibra de varias partes hecha de grafeno:una sola capa de grafito, o mina de lápiz, y un polímero biodegradable conocido como ácido poliláctico (PLA). PLA, por sí mismo, es ideal para separar cargas positivas y negativas, pero no tan bueno para conducir electricidad, razón por la cual los investigadores lo emparejaron con grafeno. Cinta Kapton, el material captador de electrones del U-TENG - fue reemplazado por teflón, un compuesto conocido para recubrir sartenes de cocción antiadherentes.

"Usamos teflón porque tiene muchos grupos de flúor que son altamente electronegativos, mientras que el grafeno-PLA es altamente electropositivo. Esa es una buena manera de yuxtaponer y crear altos voltajes, "dijo Ramakrishna Podila, autor correspondiente del estudio y profesor asistente de física en Clemson.

Para obtener grafeno, los investigadores expusieron su compuesto original, grafito, a una onda de sonido de alta frecuencia. La onda de sonido entonces actúa como una especie de cuchillo, cortando la "baraja de cartas" que es grafito en capa tras capa de grafeno. Este proceso, llamado sonicación, Así es como CNI puede aumentar la producción de grafeno para satisfacer las demandas de investigación y desarrollo del W-TENG y otras invenciones de nanomateriales en desarrollo.

Después de ensamblar la fibra de grafeno-PLA, los investigadores explotaron la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, para introducir la fibra en una impresora 3D, y nació el W-TENG.

El resultado final es un dispositivo que genera un voltaje máximo de 3000 voltios, suficiente para alimentar 25 enchufes eléctricos estándar, o en una escala mayor, Ventanas tintadas inteligentes o un monitor de pantalla de cristal líquido (LCD). Debido a que el voltaje es tan alto, el W-TENG genera un campo eléctrico a su alrededor que se puede detectar de forma inalámbrica. Su energía eléctrica, también, se puede almacenar de forma inalámbrica en condensadores y baterías.

"No solo puede darte energía, pero también puede utilizar el campo eléctrico como mando a distancia accionado. Por ejemplo, puede tocar el W-TENG y usar su campo eléctrico como un 'botón' para abrir la puerta de su garaje, o puede activar un sistema de seguridad, todo sin batería, pasiva e inalámbricamente, "dijo Sai Sunil Mallineni, el primer autor del estudio y un Ph.D. estudiante de física y astronomía.

Las aplicaciones inalámbricas del W-TENG son abundantes, extendiéndose a entornos con recursos limitados, como en el espacio exterior, en medio del océano o incluso en el campo de batalla militar. Como tal, Podila dice que hay un uso filantrópico definido para la invención del equipo.

"Varios países en desarrollo requieren mucha energía, aunque es posible que no tengamos acceso a baterías o tomas de corriente en tales entornos, ", Dijo Podila." El W-TENG podría ser una de las formas más limpias de generar energía en estas áreas ".

El equipo de investigadores, nuevamente dirigido por Mallineni, está en proceso de patentar el W-TENG a través de la Clemson University Research Foundation. Profesor Apparao Rao, director del Clemson Nanomaterials Institute, también está en conversaciones con socios industriales para comenzar a integrar el W-TENG en aplicaciones energéticas.

Sin embargo, antes de la producción industrial, Podila dice que se están realizando más investigaciones para reemplazar el teflón por uno más ecológico, material electronegativo. Un contendiente para el rediseño es MXene, un compuesto inorgánico bidimensional que tiene la conductividad de un metal de transición y la naturaleza amante del agua de los alcoholes como el propanol. Yongchang Dong, otro estudiante de posgrado en CNI, dirigió el trabajo de demostración del MXene-TENG, que se publicó en un artículo de noviembre de 2017 en la revista Nano energía . Herbert Behlow y Sriparna Bhattacharya de CNI también contribuyeron a estos estudios.

¿El W-TENG tendrá un impacto en el ámbito de las alternativas, ¿energías renovables? Rao dice que se reducirá a la economía,

"Solo podemos llevarlo tan lejos como científicos; la economía debe funcionar para que el W-TENG tenga éxito, "Dijo Rao.