Un grupo internacional de investigación ha diseñado un nuevo dispositivo generador de energía combinando compuestos piezoeléctricos con polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), un material muy utilizado por su ligereza y resistencia.
El nuevo dispositivo,desarrollado por el grupo de investigación liderado por la Universidad de Tohoku, transforma las vibraciones del entorno en electricidad, proporcionando un medio eficaz y fiable para sensores autoalimentados y transformando así el Internet de las Cosas.
Los detalles de la investigación del grupo se publicaron en la revista Nano Energy el 13 de junio de 2023.
La captación de energía consiste en convertir la energía del entorno en energía eléctrica utilizable y es algo crucial para garantizar un futuro sostenible.
“Los objetos cotidianos, desde refrigeradores hasta postes de alumbrado público, están conectados a internet como parte del Internet de las Cosas (IoT), y muchos de ellos están equipados con sensores que recogen datos”, explica Fumio Narita, coautor del estudio y profesor de la Escuela de Posgrado de Estudios Medioambientales de la Universidad de Tohoku. “Pero estos dispositivos IoT necesitan energía para funcionar, lo que supone un reto si están en lugares remotos, o si son muchos”.
Los rayos del sol, el calor y las vibraciones pueden generar energía eléctrica. La energía vibratoria puede aprovecharse gracias a la capacidad de los materiales piezoeléctricos de generar electricidad cuando se les somete a tensión física. Por su durabilidad y ligereza, el CFRP se presta a aplicaciones en la industria aeroespacial y automovilística, el equipamiento deportivo y los equipos médicos.
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“Nos preguntamos si un recolector piezoeléctrico de energía por vibración (PVEH), que aprovechara la robustez del CFRP junto con un compuesto piezoeléctrico, podría ser un medio más eficaz y duradero de recolectar energía”, explica Narita.
El grupo fabricó el dispositivo utilizando una combinación de CFRP y nanopartículas de niobato sódico de potasio (KNN) mezcladas con resina epoxi. El CFRP sirvió tanto de electrodo como de sustrato de refuerzo.
El denominado dispositivo C-PVEH cumplió sus expectativas. Las pruebas y simulaciones revelaron que podía mantener un alto rendimiento incluso después de ser doblado más de 100.000 veces. Demostró ser capaz de almacenar la electricidad generada y alimentar luces LED. Además, superó a otros compuestos poliméricos basados en KNN en cuanto a densidad de producción de energía.
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El C-PVEH ayudará a impulsar el desarrollo de sensores IoT autoalimentados, lo que dará lugar a dispositivos IoT más eficientes desde el punto de vista energético.
Narita y sus colegas también están entusiasmados con los avances tecnológicos de su descubrimiento. “Además de los beneficios sociales de nuestro dispositivo C-PVEH, estamos encantados con las aportaciones que hemos hecho al campo de la tecnología de sensores y captación de energía. La combinación de una excelente densidad de salida de energía y una gran resistencia puede orientar futuras investigaciones sobre otros materiales compuestos para diversas aplicaciones.”
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