Una imagen de microscopio electrónico muestra una sección transversal de un compuesto de poliimida y grafeno inducido por láser creado en la Universidad de Rice para su uso como nanogenerador triboeléctrico. Los dispositivos pueden convertir el movimiento en energía que luego se puede almacenar para su uso posterior. Crédito:Tour Group / Rice University
Los dispositivos portátiles que recolectan energía del movimiento no son una idea nueva, pero un material creado en la Universidad de Rice puede hacerlos más prácticos.
El laboratorio de Rice del químico James Tour ha adaptado el grafeno inducido por láser (LIG) en pequeños, dispositivos sin metales que generan electricidad. Como frotar un globo en el pelo, Poner compuestos LIG en contacto con otras superficies produce electricidad estática que se puede utilizar para alimentar dispositivos.
Para eso, gracias al efecto triboeléctrico, por el cual los materiales acumulan una carga a través del contacto. Cuando se juntan y luego se separan, se acumulan cargas superficiales que pueden canalizarse hacia la generación de energía.
En experimentos, los investigadores conectaron una tira doblada de LIG a una cadena de diodos emisores de luz y encontraron que tocar la tira producía suficiente energía para hacerlos destellar. Una pieza más grande de LIG incrustada dentro de un flip-flop permite al usuario generar energía con cada paso, ya que el contacto repetido del compuesto de grafeno con la piel produjo una corriente para cargar un pequeño condensador.
"Esta podría ser una forma de recargar dispositivos pequeños simplemente usando el exceso de energía de los golpes de talón al caminar, o movimientos de balanceo del brazo contra el torso, "Dijo Tour.
El investigador postdoctoral de la Universidad de Rice, Michael Stanford, sostiene un flip-flop con un nanogenerador triboeléctrico, basado en grafeno inducido por láser, unido al talón. Caminar con las chanclas genera electricidad con el contacto repetido entre el generador y la piel del usuario. Stanford conectó el dispositivo para almacenar energía en un condensador. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
El proyecto se detalla en la revista American Chemical Society ACS Nano .
LIG es una espuma de grafeno que se produce cuando los productos químicos se calientan en la superficie de un polímero u otro material con un láser. dejando solo escamas interconectadas de carbono bidimensional. El laboratorio primero hizo LIG en poliimida común, pero extendió la técnica a las plantas, comida, papel tratado y madera.
El laboratorio se volvió poliimida corcho y otros materiales en electrodos LIG para ver qué tan bien producían energía y resistían el desgaste. Obtuvieron los mejores resultados de materiales en los extremos opuestos de la serie triboeléctrica, que cuantifica su capacidad para generar carga estática por electrificación por contacto.
En la configuración plegable, LIG de la poliimida tribo-negativa se roció con una capa protectora de poliuretano, que también sirvió como material tribo-positivo. Cuando se juntaron los electrodos, electrones transferidos a la poliimida desde el poliuretano. El contacto y la separación posteriores impulsaron cargas que podrían almacenarse a través de un circuito externo para reequilibrar la carga estática acumulada. El LIG plegable generó alrededor de 1 kilovoltio, y se mantuvo estable después de las 5, 000 ciclos de plegado.
La mejor configuración, con electrodos de composite poliimida-LIG y aluminio, produjo voltajes superiores a 3,5 kilovoltios con una potencia máxima de más de 8 milivatios.
"El nanogenerador integrado en un flip-flop fue capaz de almacenar 0,22 milijulios de energía eléctrica en un condensador después de una caminata de 1 kilómetro, "dijo el investigador postdoctoral de Rice, Michael Stanford, autor principal del artículo. "Esta tasa de almacenamiento de energía es suficiente para alimentar los sensores portátiles y la electrónica con el movimiento humano".
