El principio, el diseño estructural y la aplicación de materiales nanocompuestos piezoeléctricos reforzados con fibra de carbono. Crédito: Universidad de Tohoku
Los investigadores han desarrollado un dispositivo que convierte las vibraciones ambientales en electricidad utilizando compuestos piezoeléctricos y polímeros reforzados con fibra de carbono. El dispositivo, llamado C-PVEH, es duradero, eficiente y una solución prometedora para alimentar dispositivos IoT, anunciando avances en tecnologías de eficiencia energética.
Un grupo de investigación internacional ha diseñado un nuevo dispositivo de generación de energía mediante la combinación de compuestos piezoeléctricos con polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), un material de uso común que es ligero y resistente. El nuevo dispositivo transforma las vibraciones del entorno circundante en electricidad, proporcionando un medio eficiente y fiable para los sensores autoalimentados.
Los detalles de la investigación del grupo han sido publicados en la revista. nano energía 13 de junio de 2023.
La recolección de energía es la conversión de energía del medio ambiente en energía eléctrica utilizable y es crucial para garantizar un futuro sostenible.
“Los objetos cotidianos, desde refrigeradores hasta farolas, están conectados a Internet como parte del Internet de las cosas (IoT), y muchos de ellos están equipados con sensores que recopilan datos”, dice Fumio Narita, coautor del estudio y profesor de la la Escuela de Graduados en Estudios Ambientales de la Universidad de Tohoku. “Pero estos dispositivos IoT necesitan energía para funcionar, lo cual es difícil si están en ubicaciones remotas o si hay muchos de ellos”.
La luz del sol, el calor y la vibración pueden generar energía eléctrica. La energía vibratoria se puede utilizar a través de la capacidad de los materiales piezoeléctricos para generar electricidad cuando están físicamente estresados. Mientras tanto, CFRP se presta a aplicaciones en las industrias aeroespacial y automotriz, equipos deportivos y equipos médicos debido a su durabilidad y peso ligero.
“Nos preguntamos si un recolector de energía vibratoria piezoeléctrica (PVEH), que aprovecha la robustez de CFRP con un compuesto piezoeléctrico, podría ser una forma más eficiente y sostenible de recolectar energía”, dice Narita.
El grupo fabricó el dispositivo utilizando una combinación de nanopartículas de CFRP y niobato de sodio y potasio (KNN) mezcladas con resina epoxi. El CFRP sirvió como electrodo y sustrato de refuerzo.
El llamado dispositivo C-PVEH cumplió con sus expectativas. Las pruebas y simulaciones revelaron que podía mantener un alto rendimiento incluso después de doblarse más de 100 000 veces. Se descubrió que podía almacenar electricidad generada y encender luces LED. Además, superó a otros compuestos poliméricos basados en KNN en términos de densidad de producción de energía.
El C-PVEH ayudará a impulsar el desarrollo de sensores IoT autoalimentados, lo que conducirá a dispositivos IoT más eficientes energéticamente.
Narita y sus colegas también están entusiasmados con los avances tecnológicos de su avance. “Además de los beneficios sociales de nuestro dispositivo C-PVEH, estamos entusiasmados con las contribuciones que hemos hecho al campo de la recolección de energía y la tecnología de sensores. La combinación de una excelente densidad de producción de energía y una alta resiliencia puede guiar futuras investigaciones sobre otros materiales compuestos para diversas aplicaciones.
Referencia: “Recolección de energía y comunicación inalámbrica mediante nanocompuestos piezoeléctricos reforzados con fibra de carbono” por Yaonan Yu, Chao Luo, Hayato Chiba, Yu Shi y Fumio Narita, 13 de junio de 2023, nano energía.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108588
