Un dispositivo generador de energía convierte las vibraciones en electricidad.

Investigadores de la Universidad de Tohoku han combinado compuestos piezoeléctricos con fibras de carbono livianas para crear dispositivos de generación de energía.

La recolección de energía convierte la energía ambiental en electricidad utilizable, lo cual es esencial para un futuro sostenible. Los dispositivos de Internet de las cosas (IoT), incluidos los objetos cotidianos como refrigeradores y farolas, requieren electricidad para funcionar, lo que plantea desafíos en ubicaciones remotas o cuando los dispositivos son numerosos. La radiación solar, el calor y las vibraciones tienen el potencial de generar electricidad. Los materiales piezoeléctricos permiten el uso de electricidad inducida por vibraciones a través de su capacidad para generar cargas eléctricas bajo estrés físico.

Investigadores de la Universidad de Tohoku han desarrollado un novedoso dispositivo de generación de energía mediante la combinación de compuestos piezoeléctricos con polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), un material ligero y resistente. Este innovador dispositivo convierte las vibraciones ambientales en electricidad, proporcionando una fuente de energía confiable y eficiente para sensores autoalimentados. CFRP es ampliamente utilizado en las industrias aeroespacial, automotriz, deportiva y médica debido a su peso ligero y durabilidad excepcional.

Los investigadores consideraron la posibilidad de utilizar un recolector de energía vibracional piezoeléctrico (PVEH) que combina la durabilidad de CFRP con un compuesto piezoeléctrico. Querían averiguar si este enfoque podría proporcionar un método más eficiente y duradero para generar energía. El equipo desarrolló el dispositivo mezclando nanopartículas de niobato de sodio y potasio (KNN) con resina epoxi y combinándolas con CFRP. El material CFRP desempeñó un papel doble en el proceso de fabricación como electrodo y sustrato de refuerzo.

El dispositivo C-PVEH superó las expectativas, como lo demuestran las pruebas y simulaciones. Mostró una excelente durabilidad y mantuvo su alto rendimiento incluso después de más de 100.000 flexiones. El dispositivo almacenó con éxito la electricidad generada y las luces LED alimentadas de manera efectiva. Además, superó a otros compuestos poliméricos basados ​​en ANN en términos de densidad de liberación de energía. Se espera que la adopción del C-PVEH impulse avances en los sensores IoT autoalimentados y, en última instancia, conduzca al desarrollo de dispositivos IoT más eficientes energéticamente.

Los investigadores están entusiasmados con los beneficios sociales que ofrece el dispositivo C-PVEH y las importantes contribuciones que se están realizando en las áreas de tecnología de detección y recolección de energía. La combinación de la excepcional densidad de salida de energía y la robustez del dispositivo abre las puertas para futuras investigaciones sobre materiales compuestos para una amplia gama de aplicaciones.

Referencia: Yaonan Yu et al., Energy Harvesting and Wireless Communications by Carbon Fiber-Reinforced, Polymer-Reinforced Piezocomposites, nano energía (2023). DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108588