Un nuevo material genera energía a partir de vapor de agua

El nuevo material cambia su forma después de absorber pequeñas cantidades de agua evaporada, lo que le permite a curvarse hacia arriba y abajo repetidamente. El aprovechamiento de este movimiento continuo puede impulsar extremidades robóticas o generar electricidad suficiente para alimentar dispositivos micro y nanoelectrónicos, como sensores ambientales.

“Un sensor alimentado por una batería debe ser reemplazado periódicamente. Con este dispositivo, se puede generar energía del ambiente para evitar reemplazarlo tan a menudo”, explica Mingming Ma, investigador postdoctoral en el David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT y autor principal de un artículo que describe el nuevo material en el número de enero de la revista Science.

“Esperamos que a medida que se logre una mayor eficiencia en la conversión de energía mecánica en energía eléctrica, este material encuentre aplicaciones aún más amplias”, dice Robert Langer, del David H. Koch Institute, profesor en el MIT y autor principal del papel. Las aplicaciones potenciales incluyen generadores a gran escala alimentados por vapor de agua, o generadores de pequeño formato para alimentar dispositivos electrónicos portátiles.

La nueva película está formada por una red entrelazada de dos polímeros diferentes. Uno de los polímeros, polipirrol, forma una matriz dura, pero flexible, que proporciona soporte estructural. El otro polímero, poliol-borato, es un gel blando que se hincha cuando absorbe agua.

Los esfuerzos previos para hacer que el agua que responden a las películas han utilizado sólo polipirrol, que muestra una respuesta mucho más débil por sí mismo. “Mediante la incorporación de los dos tipos diferentes de polímeros, se puede generar un desplazamiento mucho más amplio, así como una fuerza mayor”, explica Ling Guo.

Cuando la película de 20 micras de espesor se encuentra en una superficie que contiene una pequeña cantidad de humedad, la capa inferior absorbe el agua evaporada, obligando a la película a curvarse lejos de la superficie. Una vez que la parte inferior de la película se expone al aire, se libera rápidamente la humedad, da un salto hacia delante, y comienza a enroscarse de nuevo. Mientras se repite este ciclo, el movimiento continuo convierte la energía química del gradiente de agua en energía mecánica. El movimiento puede observarse en este video.

Estas películas pueden actuar ya sea como actuadores o generadores. Como un actuador, el material puede ser sorprendentemente potente: los investigadores demostraron que una película de 25 miligramos puede levantar una carga de 380 veces su propio peso. Utilizando solamente agua como fuente de energía, esta película podría reemplazar los actuadores accionados eléctricamente que ahora se utilizan para controlar pequeñas extremidades robóticas.

La energía mecánica generada por el material también puede ser convertida en electricidad por el acoplamiento de la película de polímero con un material piezoeléctrico, que convierte la tensión mecánica en un diferencia de potencial eléctrico. Este sistema puede generar una potencia media de 5,6 nanovatios, que puede ser almacenada en condensadores para alimentar dispositivos microelectrónicos de potencia ultra-baja, tales como sensores de temperatura y humedad.

Si se utilizase para generar electricidad a una escala mayor, la película podría obtener energía del ambiente – por ejemplo, colocada encima de un lago o río. O bien, podría introducirse en la ropa, donde la simple evaporación de sudor podría alimentar dispositivos tales como sensores de monitorización fisiológica.

En una escala menor, la película podría alimentar sistemas microelectromecánicos (MEMS) o nanoelectrónicos. Los investigadores trabajan ahora para mejorar la eficiencia de conversión de energía mecánica en energía eléctrica.

La investigación fue financiada por el National Heart, Lung, and Blood Institute Program of Excellence in Nanotechnology,  el National Cancer Institute, y el Armed Forces Institute of Regenerative Medicine.

Via | Science Daily

Foto | MIT

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