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Un componente crucial en la tela es un polímero que, cuando se presiona o aprieta, convierte la tensión mecánica en energía eléctrica. También está hecho con spandex elástico como capa base e integrado con un material similar al caucho para mantenerlo fuerte, flexible e impermeable.
En un experimento de prueba de concepto publicado en la revista científica Advanced Materials en abril, el equipo de la NTU Singapur demostró que tocar una pieza de 3 cm por 4 cm de la nueva tela generó suficiente energía eléctrica para encender 100 LED.
Lavar, doblar y arrugar la tela no provocó ninguna degradación del rendimiento y pudo mantener una salida eléctrica estable durante hasta cinco meses, lo que demuestra su potencial para su uso como fuente de energía portátil y textil inteligente.
Lee Pooi See, científico de materiales y rector asociado (educación de posgrado) de la NTU, quien dirigió el estudio, dijo: "Ha habido muchos intentos de desarrollar telas o prendas que puedan recolectar energía del movimiento, pero un gran desafío ha sido desarrollar algo que no se degrada en su función después de lavarse y, al mismo tiempo, conserva una excelente salida eléctrica. En nuestro estudio, demostramos que nuestro prototipo sigue funcionando bien después de lavarse y arrugarse. Creemos que podría tejerse en camisetas o integrarse en suelas de zapatos para recolectar energía de los movimientos más pequeños del cuerpo, canalizando electricidad a dispositivos móviles".
Cosecha de una fuente alternativa de energía
El tejido generador de electricidad desarrollado por el equipo de NTU es un dispositivo de recolección de energía que convierte las vibraciones producidas por los movimientos corporales más pequeños en la vida cotidiana en electricidad.
El tejido prototipo produce electricidad de dos formas: cuando es presionado o aplastado (piezoelectricidad), y cuando entra en contacto o roza con otros materiales, como la piel o los guantes de goma (efecto triboeléctrico).
Para fabricar el prototipo, los científicos primero fabricaron un electrodo estirable serigrafiando una "tinta" compuesta de plata y estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS), un material similar al caucho que se encuentra en los mordedores y en los puños del manillar para hacerlo más estirable. e impermeable.
Luego, este electrodo estirable se une a una pieza de tejido de nanofibras que se compone de dos componentes principales: poli(fluoruro de vinilideno) -co -hexafluoropropileno (PVDF-HPF), un polímero que produce una carga eléctrica cuando se comprime, dobla o estira. ; y perovskitas sin plomo, un material prometedor en el campo de las células solares y los LED.
El estudiante de doctorado de la NTU, Jiang Feng, que forma parte del equipo de investigación, explicó: "Incrustar perovskitas en PVDF-HPF aumenta la salida eléctrica del prototipo. En nuestro estudio, optamos por perovskitas sin plomo como una opción más respetuosa con el medio ambiente. Si bien las perovskitas son frágiles por naturaleza, integrarlos en PVDF-HPF le da a las perovskitas una durabilidad y flexibilidad mecánicas excepcionales. El PVDF-HPF también actúa como una capa adicional de protección para las perovskitas, lo que aumenta su propiedad mecánica y estabilidad".
El resultado es un tejido prototipo que genera 2,34 vatios por metro cuadrado de electricidad, suficiente para alimentar pequeños dispositivos electrónicos, como LED y condensadores comerciales.
Prueba de concepto
Para demostrar cómo podría funcionar su prototipo de tela, los científicos de la NTU demostraron cómo una mano golpeando continuamente una pieza de tela de 3 cm por 4 cm podría encender 100 LED o cargar varios condensadores, que son dispositivos que almacenan energía eléctrica y se encuentran en dispositivos como teléfonos móviles.
La tela mostró buena durabilidad y estabilidad, sus propiedades eléctricas no se deterioraron después del lavado, doblado y arrugado. También continuó produciendo una salida eléctrica estable continua hasta cinco meses.
Los científicos demostraron que su tela podía aprovechar la energía de una variedad de movimientos humanos uniéndola al brazo, la pierna, la mano y el codo, así como a las plantillas de los zapatos, y lo hicieron sin afectar los movimientos.
El profesor Lee dijo:
"A pesar de la capacidad mejorada de la batería y la demanda de energía reducida, las fuentes de energía para dispositivos portátiles aún requieren reemplazos frecuentes de la batería. Nuestros resultados muestran que nuestro tejido prototipo de recolección de energía puede aprovechar la energía de vibración de un ser humano para extender potencialmente la vida útil de una batería o incluso para construir sistemas autoalimentados. Hasta donde sabemos, este es el primer dispositivo de energía híbrido basado en perovskita que es estable, estirable, transpirable, resistente al agua y, al mismo tiempo, capaz de ofrecer un rendimiento de salida eléctrica excepcional".
Este prototipo de recolección de energía basado en telas se basa en el cuerpo de trabajo del equipo de NTU que analiza cómo se podría eliminar la energía generada en el medio ambiente. Por ejemplo, el equipo desarrolló recientemente un tipo de película que potencialmente podría montarse en techos o paredes para aprovechar la energía producida por el viento o las gotas de lluvia que caen sobre la película.
El equipo ahora está analizando cómo se podría adaptar el mismo tejido para recolectar diferentes formas de energía.
Fuente y acceso al trabajo de investigación:
Feng Jiang, Xinran Zhou, Jian Lv, Jian Chen, Juntong Chen, Haruethai Kongcharoen, Yihui Zhang, Pooi See Lee. Compuesto de nanofibras de polímero/perovskita sin plomo estirable, transpirable y estable para la recolección de energía triboeléctrica y piezoeléctrica híbrida . Materiales Avanzados , 2022; 34 (17): 2200042 DOI: 10.1002/adma.202200042