El agua como vector energético
El silicio nanoporoso genera electricidad por fricción con el agua
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Un equipo europeo de investigación en el que participan la Universidad Tecnológica de Hamburgo (TUHH) y el Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY ha desarrollado una novedosa forma de convertir la energía mecánica en electricidad utilizando agua confinada en poros nanométricos de silicio como fluido activo de trabajo.
En un estudio publicado en Nano Energy (Elsevier), científicos del CIC energiGUNE (España), la Universidad de Ferrara(Italia), la Universidad Tecnológica de Hamburgo (TUHH) y DESY(Alemania), la Universidad de Silesia en Katowice (Polonia) y la Universidad Técnica de Riga (Letonia) -con el apoyo del clúster de excelencia "BlueMat - Water-Driven Materials"- demuestran que la intrusión y extrusión cíclicas de agua en monolitos de silicio nanoporoso hidrófugo puede producir energía eléctrica mensurable.
La electricidad se genera en los poros de silicio únicamente a través de la fricción causada por la presión y el agua. La tecnología es adecuada para su uso en zonas sometidas a una gran presión mecánica, como los amortiguadores de los vehículos
TU Hamburg, DESY, Künsting
Electricidad generada por fricción en poros diminutos
El sistema desarrollado, conocido como Nanogenerador Triboeléctrico por Intrusión-Extrusión (IE-TENG), utiliza la presión para forzar repetidamente la entrada y salida de agua en poros a nanoescala. Durante este proceso, se genera carga en la interfaz entre el sólido y el líquido. Se trata de un tipo de electricidad por fricción que se produce a menudo en la vida cotidiana. Un ejemplo con el que todo el mundo está familiarizado: caminar por una alfombra de PVC con los zapatos puestos. Los electrones se transfieren de un cuerpo a otro, acumulando una carga que se descarga repentinamente al tocar un tercer cuerpo. Por ejemplo, al tocar la manilla de una puerta, la carga se descarga y se recibe una pequeña descarga eléctrica. La eficiencia de conversión de energía alcanzada, de hasta el 9%, es una de las más altas jamás conseguidas en nanogeneradores sólido-líquido. "Incluso el agua pura, cuando está confinada a nanoescala, puede permitir la conversión de energía", afirma el profesor Patrick Huber, portavoz del BlueMat - Water-Driven Materials Excellence Cluster de la Universidad Tecnológica de Hamburgo (TUHH) y DESY. El Dr. Luis Bartolomé (CIC energiGUNE) añade: "Combinar silicio nanoporoso con agua permite obtener una fuente de energía eficiente y reproducible, sin materiales exóticos, sino simplemente utilizando el semiconductor más abundante en la Tierra, el silicio, y el líquido más abundante, el agua."
El diseño de materiales como clave
"Un paso crucial fue el desarrollo de estructuras de silicio diseñadas con precisión que son simultáneamente conductoras, nanoporosas e hidrófobas", explica el Dr. Manuel Brinker, de la Universidad Tecnológica de Hamburgo. "Esta arquitectura nos permite controlar el movimiento del agua dentro de los poros, lo que hace que el proceso de conversión de energía sea estable y escalable". La tecnología allana el camino para sistemas de sensores autónomos y sin mantenimiento, por ejemplo en la detección de agua, la monitorización deportiva y de la salud en prendas inteligentes o la robótica háptica, en la que el tacto o el movimiento generan directamente una señal eléctrica. "Los materiales accionados por agua marcan el comienzo de una nueva generación de tecnologías autosuficientes", subrayan los autores correspondientes, el Prof. Simone Meloni (Universidad de Ferrara) y el Dr. Yaroslav Grosu (CIC energiGUNE).
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Publicación original
Luis Bartolomé, Nicola Verziaggi, Manuel Brinker, Eder Amayuelas, Sebastiano Merchori, Mesude Z. Arkan, Raivis Eglītis, Andris Šutka, Mirosław Chorążewski, Patrick Huber, Simone Meloni, Yaroslav Grosu; "Triboelectrification during non-wetting liquids intrusion–extrusion in hydrophobic nanoporous silicon monoliths"; Nano Energy, Volume 146
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