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La electricidad estática, o la energía que se produce cuando dos superficies se frotan entre sí, se llama energía triboeléctrica. Después de la separación, los electrones se transfieren entre las dos superficies y cargan una de ellas.
Los generadores triboeléctricos son colectores de energía mecánica que utilizan la fricción entre dos superficies para generar electricidad. Estas pequeñas plantas de energía pueden alimentar sensores, dispositivos electrónicos portátiles y otras tecnologías de vanguardia.
En un estudio reciente, los investigadores proponen un nuevo enfoque para crear nanogeneradores triboeléctricos con una capacitancia intrínseca constante. Estos nanogeneradores ahora usan una capacitancia intrínseca dependiente del tiempo, pero la investigación sugiere que cambiar esta capacitancia podría mejorar su eficiencia de conversión de energía.
investigación nano publicó el estudio el 26 de octubreel2022.
Los nanogeneradores triboeléctricos pueden ofrecer una forma viable de convertir la energía mecánica en electricidad. Con una eficiencia y sensibilidad mejoradas, incluso la energía mecánica muy débil que está «oculta» en el entorno puede capturarse y aprovecharse.
Youfan Hu, profesor de la Escuela de Electrónica de la Universidad de Pekín
El capacitor de un nanogenerador puede almacenar cargas eléctricas debido a su capacitancia. Los investigadores primero crearon un modelo matemático para explorar el potencial de los nanogeneradores triboeléctricos con capacitancia inherente constante y demostrar que la capacitancia podría funcionar.
Luego, los científicos crearon un prototipo del nanogenerador para evaluar su rendimiento y compararlo con la capacidad inherente que varía en el tiempo actualmente disponible.
Los condensadores se cargaron utilizando tres tipos diferentes de circuitos de acondicionamiento de corriente para probar la eficacia de los dos nanogeneradores triboeléctricos separados.
Los investigadores descubrieron que ambos nanogeneradores triboeléctricos funcionaban mejor en un circuito de onda completa. Sin embargo, los nanogeneradores de autocapacitancia constante podrían almacenar aproximadamente el doble de carga que los nanogeneradores de autocapacitancia variable en el tiempo.
Esto tiene una ventaja significativa para la autocapacitancia constante de los nanogeneradores triboeléctricos. También descubrieron que este tipo particular de nanogenerador tiene un tiempo de carga rápido.
Los resultados de nuestro estudio muestran que los nanogeneradores triboeléctricos con un diseño de capacidad constante son más eficientes para recolectar energía mecánica del medio ambiente y entregar la carga.
Youfan Hu, profesor de la Escuela de Electrónica de la Universidad de Pekín
Finalmente, los investigadores desarrollaron un anemómetro basado en su técnica para demostrar cómo este tipo de nanogenerador triboeléctrico podría aplicarse en un entorno práctico. La dirección y la velocidad del viento se midieron con un anemómetro.
El nanogenerador triboeléctrico podría convertir la energía cinética del viento que mueve las copas del anemómetro en una señal eléctrica que podría usarse para calcular la velocidad del viento. Los datos fueron procesados en tiempo real y enviados a los investigadores por el anemómetro.
La investigación futura se centrará en hacer que el nanogenerador triboeléctrico sea aún más práctico de usar en varios dispositivos, ya que es fácil de fabricar y diseñar. También buscarán formas de hacerlo aún más efectivo.
«El siguiente paso es miniaturizar el dispositivo y optimizar los circuitos de administración de energía. En última instancia, los nanogeneradores triboeléctricos podrán servir en un sistema electrónico integrado con una huella pequeña‘ Hu agregó.
Otros autores incluyen a Fan Xia del Laboratorio Clave de Física y Química de Nanodispositivos de la Universidad de Pekín, Panpan Zhang de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Jiao Tong de Shanghai y Simiao Niu del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Rutgers.
Lanyue Gan, Xijun Jiang y Yuxuan Liu del Instituto Hunan de Detección Avanzada y Tecnología de la Información en la Universidad de Xiangtan también se encuentran en la lista.
Este estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Plataforma de Cómputo de Alto Rendimiento de la Universidad de Pekín.
referencia de la revista
Gan, L. et al. (2022) Nanogeneradores triboeléctricos con autocapacitancia constante. nanoinvestigación. doi:10.1007/s12274-022-5054-3.
Fuente: http://www.tup.tsinghua.edu.cn/en/index.html
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