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(noticias nanowerk) Los científicos han desarrollado un nuevo dispositivo innovador que puede aprovechar la energía de las gotas de lluvia y el viento y convertirla en electricidad utilizable para la electrónica de potencia. Esta tecnología se describe en un artículo publicado en ACS Química y Tecnología Sostenible (“Cosechadora de energía de múltiples fuentes sobre textiles y plantas para la generación de energía limpia a partir de gotas de viento y agua de lluvia”) ofrece una forma sostenible de generar electricidad a partir de fuentes ambientales renovables. Podría ayudar a habilitar redes autosuficientes de sensores, transmisores de datos y otros componentes electrónicos necesarios para el Internet de las cosas (IoT).
Los investigadores están explorando varios enfoques para recolectar energía ambiental a partir de la luz solar, vibraciones, diferencias térmicas y otras fuentes. Sin embargo, la mayoría se ha centrado en tipos individuales de energía que no están disponibles continuamente. El nuevo estudio demuestra un sistema integrado que combina un recolector de energía de gotas de lluvia con un recolector de energía eólica para una generación de electricidad más confiable.
«Necesitamos urgentemente soluciones energéticas descentralizadas, limpias y sostenibles para alimentar las redes de sensores necesarias para la infraestructura inteligente y el monitoreo ambiental», dijo el investigador principal Ravinder Dahiya de la Universidad Northeastern. “Los dispositivos inspirados en hojas que desarrollamos pueden aprovechar eficazmente la energía del viento y las gotas de lluvia para generar electricidad utilizable en cualquier lugar. Con un mayor desarrollo, los árboles artificiales que utilicen esta tecnología podrían usarse para generar energía renovable de forma pasiva”.
El nuevo sistema utiliza un nanogenerador especial, una capa del cual captura la energía de las gotas de lluvia que caen y otra se utiliza para aprovechar la energía eólica. Ambas capas están fabricadas con materiales textiles sostenibles tratados con nanorrecubrimientos avanzados para mejorar el rendimiento eléctrico.
La función de recolección de energía de las gotas funciona mediante un mecanismo llamado efecto triboeléctrico en combinación con un revestimiento de superficie hidrofóbico que se restaura automáticamente. Básicamente, la energía cinética de las gotas que caen provoca que se formen cargas positivas y negativas en electrodos separados. El revestimiento repelente al agua hace que las gotas se propaguen y se contraigan cíclicamente al impactar, transportando electrones de un lado a otro para generar electricidad.
La capa de captación de viento funciona según un principio similar, pero las cargas se generan mediante electrificación por contacto entre dos capas textiles cuando las corrientes de aire hacen que se toquen y se separen repetidamente. Al integrar los dos nanogeneradores, el dispositivo puede generar electricidad de forma pasiva a partir de la energía ambiental mecánica disponible.
En las pruebas, los nanogeneradores textiles híbridos produjeron picos de voltaje de más de 100 V a partir de gotas de lluvia simuladas, así como salidas sostenidas de más de 10 V debido al viento suave. Esa fue suficiente energía para iluminar matrices de LED y cargar capacitores de almacenamiento de energía. Los investigadores también desarrollaron un modelo analítico para optimizar parámetros de diseño como el tamaño de las gotas, la velocidad del impacto, la presión de contacto y las texturas de las superficies.
«Las cosechadoras con forma de hoja presentadas integran eficazmente mecanismos de generación de energía triboeléctrica y basada en gotas para capturar múltiples energías ambientales», explicó el Dr. Dahiya. «Tanto los resultados modelados como los medidos sugieren que podrían alimentar de manera confiable sensores, circuitos de transferencia de datos y otros dispositivos electrónicos que requieren hasta decenas de microvatios».
Es importante destacar que todos los materiales activos son textiles y recubrimientos nanoestructurados sostenibles y biodegradables. A diferencia de las baterías de litio, no es necesario eliminar ningún componente tóxico. Esto hace que la tecnología sea particularmente prometedora para redes de generadores distribuidos en entornos donde el mantenimiento de la infraestructura es difícil.
Los autores prevén mejoras como «hojas de energía» con hidrofobicidad optimizada, que podrían integrarse en plantas artificiales y usarse en cualquier lugar para generar electricidad útil de forma pasiva y continua. Conjuntos de tales sistemas podrían, por ejemplo, permitir la carga lenta para mantener permanentemente operativos los dispositivos IoT alimentados por baterías. En términos más generales, este estudio muestra cómo la nanociencia aplicada puede crear sistemas autónomos que resuelvan problemas urgentes. Muestra que los materiales y dispositivos pueden hacer mucho más que comportarse pasivamente: pueden convertir activamente la energía ambiental exactamente en lo que se necesita, todo ello sin una fuente de alimentación externa. Estas tecnologías señalan el camino hacia una infraestructura más inteligente, más adaptable y sostenible para abordar los desafíos futuros.
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