Imaginemos neumáticos que cargan un vehículo mientras se conduce, farolas alimentadas por el ruido del tráfico o rascacielos que generan electricidad a medida que se balancean y vibran naturalmente.
Película de perovskita calcogenuro genera electricidad al ser comprimida o sometida a estrés
Estas innovadoras aplicaciones energéticas podrían ser posibles gracias a un equipo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer, que está desarrollando materiales ecológicos capaces de producir electricidad cuando son comprimidos o sometidos a vibraciones.
En un reciente estudio publicado en la revista Nature Communications, el equipo presentó una película polimérica infundida con un compuesto especial de perovskita calcogenuro, que genera electricidad al ser comprimida, un fenómeno conocido como efecto piezoeléctrico.
Un enfoque sostenible y sin plomo
Mientras que otros materiales piezoeléctricos ya existen, este destaca por ser uno de los pocos de alto rendimiento que no contiene plomo, haciéndolo una opción ideal para aplicaciones en maquinaria, infraestructuras y dispositivos biomédicos.
“El plomo es tóxico y su uso está siendo cada vez más restringido y eliminado de materiales y dispositivos. Nuestro objetivo era crear un material libre de plomo que pudiera fabricarse de forma económica utilizando elementos comunes en la naturaleza”, explicó el Dr. Nikhil Koratkar, autor principal del estudio.
Película ultradelgada con múltiples aplicaciones
La película de recolección de energía desarrollada por el equipo tiene un grosor de solo 0,3 milímetros y puede integrarse en una amplia variedad de dispositivos, máquinas y estructuras.
«El material convierte energía mecánica en energía eléctrica. Cuanta mayor sea la carga de presión aplicada y mayor sea el área de superficie donde se aplica la presión, mayor será el efecto«, señaló Koratkar.
Algunas aplicaciones prácticas que sugieren los investigadores incluyen:
- Autopistas que generan electricidad cuando los vehículos circulan sobre ellas.
- Materiales de construcción que aprovechan las vibraciones de los edificios para generar energía.
- Dispositivos portátiles que convierten el movimiento humano en electricidad, como ropa o accesorios que iluminan a corredores y ciclistas.
El efecto piezoeléctrico y la innovación con perovskitas calcogenuro
El efecto piezoeléctrico ocurre en materiales que carecen de simetría estructural. Bajo estrés, estos materiales se deforman de tal manera que los iones positivos y negativos se separan, creando un fenómeno conocido como «momento dipolar». Este puede ser aprovechado para producir corriente eléctrica.
En el material desarrollado por el equipo del RPI, la simetría estructural puede romperse fácilmente bajo presión, lo que genera una respuesta piezoeléctrica notable. La composición del material incluye elementos como bario, circonio y azufre, que contribuyen a esta propiedad.
Pruebas y potencial futuro
Durante las pruebas, los investigadores sometieron el material a movimientos como caminar, correr, aplaudir y golpear con los dedos. El material generó suficiente electricidad para encender conjuntos de LEDs que formaban la sigla RPI.
Estos experimentos demostraron su potencial para dispositivos portátiles. Sin embargo, los investigadores buscan implementar esta tecnología a gran escala para tener un impacto significativo en la producción de energía.
“Este material podría usarse en dispositivos que iluminen zapatos o cascos de corredores y ciclistas, haciéndolos más visibles,” comentó Koratkar. “Pero esto es solo una prueba de concepto.”
Exploraciones futuras
El laboratorio de Koratkar continuará explorando toda la familia de compuestos de perovskita calcogenuro en busca de aquellos que exhiban un efecto piezoeléctrico aún más fuerte. La inteligencia artificial y el aprendizaje automático serán herramientas clave en esta búsqueda, según destacó el investigador.
La importancia de la energía sostenible
La relevancia de este desarrollo radica en su aporte al futuro de la energía sostenible. Como afirmó el Dr. Shekhar Garde, decano de la Escuela de Ingeniería del RPI: “La producción de energía sostenible es vital para nuestro futuro. El trabajo del profesor Koratkar es un gran ejemplo de cómo los enfoques innovadores en el descubrimiento de materiales pueden ayudar a abordar un problema global.”
Este avance no solo subraya el potencial de los materiales libres de plomo, sino también la importancia de encontrar soluciones que integren tecnología y sostenibilidad para combatir la crisis energética mundial.
Vía: rpi.edu
