El artículo correspondiente a Octubre del pasado año tuve oportunidad de referirme, a propósito de las buenas vibras, a las novedosas aplicaciones de los llamados "materiales piezoeléctricos". En esta ocasión voy a referirme a novedades similares pero con otro tipo de materiales, que también son conocidos por nosotros y constituyen un elemento fundamental en nuestros teléfonos móviles; estoy hablando de los iones de litio.
Mientras que los materiales piezoeléctricos se basan en un proceso puramente físico, el nuevo sistema es electroquímico, como una batería o una pila de combustible. Utiliza dos hojas delgadas de aleaciones de litio como electrodos, separadas por una capa de polímero poroso empapado con electrolito líquido que es eficiente en el transporte de iones de litio entre las placas de metal. Pero a diferencia de una batería recargable, que toma en electricidad, almacena, y luego lo libera, este sistema lleva en energía mecánica y apaga la electricidad.
Esquema del dispositivo elaborado por sus mismos creadores.
Cuando se flexiona incluso una pequeña cantidad, el material compuesto en capas produce una diferencia de presión que aprieta los iones de litio a través del polímero (como el proceso de ósmosis inversa se utiliza en la desalación de agua). También produce un voltaje de contrarresto y una corriente eléctrica en el circuito externo entre los dos electrodos, que pueden ser luego utilizados directamente para accionar otros dispositivos.
Debido a que requiere sólo una pequeña cantidad de flexión para producir un voltaje, tal dispositivo podría simplemente tener un peso pequeño unido a un extremo para hacer que el metal para doblar como resultado de los movimientos ordinarios, cuando atado a un brazo o pierna durante las actividades diarias .
Este sistema es obra de es obra del equipo de Ju Li, Sangtae Kim y Soon Ju Choi, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en la ciudad estadounidense de Cambridge.
A diferencia de las baterías y células solares, la salida del nuevo sistema se presenta en forma de corriente alterna (AC), con el flujo se mueve primero en una dirección y luego en el otro como el material se dobla primero en una dirección y luego de vuelta.
Este dispositivo convierte mecánica en energía eléctrica; por lo tanto, "no está limitado por la segunda ley de la termodinámica", dice Li, que establece un límite superior en la teóricamente posible la eficiencia. "Así que, en principio, [la eficiencia] podría ser 100 por ciento", dice.
En este dispositivo de primera generación desarrollado para demostrar el principio de funcionamiento electroquimiomecánico, dice, "lo mejor que podemos esperar es un 15 por ciento" eficiencia. Pero el sistema podría fácilmente ser fabricado en cualquier tamaño deseado y puede ser objeto de proceso de fabricación industrial.
Prueba de tiempo
Los dispositivos de prueba mantienen sus propiedades a través de muchos ciclos de flexión e inflexible, Li informa, con poca reducción en el rendimiento después de 1.500 ciclos. "Es un sistema muy estable", dice.
Anteriormente, el fenómeno que subyace al nuevo dispositivo "se considera un efecto parasitaria en la comunidad de la batería", según Li, y la tensión puesta en la batería a veces puede inducir a la flexión. "Hacemos todo lo contrario", dice Li, poniendo en el estrés y conseguir una tensión como salida. Además de ser una fuente de energía potencial, dice, esto también podría ser una herramienta diagnóstica complementaria en electroquímica. "Es una buena forma de evaluar mecanismos de daño en las baterías, una manera de entender mejor materiales de la batería", dice.
Además de aprovechar el movimiento diario de los dispositivos portátiles de potencia, el nuevo sistema también podría ser útil como un actuador con aplicaciones biomédicas, o el programa usado para los sensores de tensión integrados en entornos tales como carreteras, puentes, teclados, u otras estructuras, sugieren los investigadores.
"Este trabajo es muy interesante y significativo en el sentido de que proporciona un nuevo enfoque para la conversión de energía mecánica a través de una vía electroquímica, mediante un sencillo diseño de la estructura y el dispositivo", dice Wu Wenzhuo, profesor asistente de ingeniería industrial en la Universidad de Purdue. "Más significativamente, la corriente de salida desde el dispositivo demostrado es muy grande, con una duración de pulso larga. Esto es muy importante para las aplicaciones prácticas, ya que la mayoría de los otros métodos de obtención de energía mecánica sufren de los problemas de la pequeña corriente de salida con una duración de pulso corto ".
Wenzhuo añade que "la obtención eficiente de tales energías mecánicas ayudará a desarrollar dispositivos portátiles más capaces e inteligentes e interfaces hombre-máquina.
Sin lugar a dudas, este trabajo presenta un enorme potencial en muchas aplicaciones, tales como la electrónica flexible, sensores autoalimentados, dispositivos portátiles, interfaces hombre-máquina, la robótica, la piel artificial, etc. Pero sobre todo se viene ampliando la gama de fuentes alternativas para obtención de energía eléctrica, que, aunque limitada en potencia, podría implicar a futuro un ahorro en las centrales eléctricas, al ir disminuyendo la demanda de energía en algunos sectores.
