La mayoría de nosotros hemos sentido el impacto de la electricidad estática al tocar un objeto metálico después de ponernos un suéter o caminar sobre una alfombra. Esto ocurre como resultado de la acumulación de carga cada vez que dos materiales diferentes (como nuestro cuerpo y la tela) entran en contacto entre sí.

En 2012, científicos de EE. UU. y China utilizaron este fenómeno, conocido como "efecto triboeléctrico", para construir un nanogenerador triboeléctrico (TENG) que convierte la energía mecánica no utilizada en energía eléctrica útil. Su dispositivo constaba de dos películas de polímero triboeléctrico con electrodos metálicos que, cuando se juntaban y separaban, producían la separación de carga y el desarrollo de un voltaje eléctrico suficiente para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

Considerados como posibles recolectores de energía sostenible, se han realizado esfuerzos para mejorar la producción de energía de los TENG mediante la inyección de cargas en la superficie de las películas triboeléctricas. Sin embargo, la recombinación de carga en el electrodo y la repulsión de carga en la superficie del material les impide alcanzar altas densidades de carga superficial.

En este contexto, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Chanho Pak del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju (GIST) en Corea del Sur desarrolló, en un estudio reciente, una capa de confinamiento de carga que gestiona la transferencia de cargas inyectadas entre la película triboeléctrica y el electrodo para mejorar la densidad de carga en la superficie de la película triboeléctrica. Este artículo fue publicado en Small Methods .

"En el diseño de TENG de alto rendimiento, es fundamental transportar la carga en la superficie a una posición profunda mientras se reduce la recombinación de carga", dice el profesor Pak. Para hacer las capas, los investigadores utilizaron esferas de carbono mesoporosas electrohiladas junto con capas de fluoruro de polivinilideno (PVDF) y nailon. Las esferas de carbono, que atrapan cargas en la superficie, se dispusieron en orden ascendente de sus áreas superficiales específicas, formando una capa de gradiente de confinamiento de carga. Como resultado de esta disposición de gradientes, las cargas inyectadas podrían derivar hacia el electrodo pero quedarían confinadas justo antes de alcanzarlo. "Las capas transportan y confinan las cargas", explica el Prof. Pak.

Al transportar las cargas lejos de la superficie, las capas evitan que las cargas inyectadas se acumulen y se repelan entre sí en la superficie del material triboeléctrico, lo que le permite retener más carga. Además, confinar las cargas cerca de los electrodos evita la pérdida de carga debido a la recombinación, lo que da como resultado una superficie triboeléctrica con una mayor densidad de carga.

Con la adición de capas de confinamiento de carga, los investigadores mejoraron el voltaje y la corriente de salida del TENG en 40 y siete veces, respectivamente. Además, al combinar un TENG cilíndrico y un generador electromagnético, lograron una mejora espectacular de 1300 veces en la corriente de salida.

"Con estos resultados prometedores, los TENG algún día podrían ser lo suficientemente potentes como para servir como recolectores de energía sostenible, así como para alimentar los dispositivos portátiles del futuro", dice el profesor Pak. + Explora más

Tejidos inteligentes:tejido transpirable de alto rendimiento para alimentar pequeños dispositivos electrónicos