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Come l'attrito potrebbe un giorno caricare il tuo cellulare
Il fenomeno che provoca uno shock doloroso quando si tocca il metallo dopo aver trascinato le scarpe sul tappeto potrebbe un giorno essere sfruttato per caricare l'elettronica personale.
I ricercatori della Georgia Tech hanno creato un dispositivo che sfrutta l'elettricità statica per convertire il movimento, come un telefono che rimbalza in tasca, in energia sufficiente per caricare la batteria di un telefono cellulare. È la prima dimostrazione che questi tipi di materiali hanno abbastanza grinta per alimentare l'elettronica personale.
L'energia in eccesso prodotta quando cammini, ti agiti o persino respiri può, in teoria, essere recuperata per alimentare impianti medici e altri dispositivi elettronici. Tuttavia, sfruttare l'energia in questi piccoli movimenti è impegnativo.
Zhong Lin Wang , professore di scienza dei materiali presso la Georgia Tech, ha lavorato sul problema per diversi anni, concentrandosi principalmente su materiali piezoelettrici che generano una tensione elettrica sotto stress meccanico (vedi Sfruttare l'energia del criceto con un nanogeneratore). Wang e altri hanno amplificato l'effetto piezoelettrico realizzando materiali strutturati su scala nanometrica. Finora, però, i nanogeneratori piezoelettrici non hanno avuto una potenza di uscita molto impressionante.
Ora il gruppo di Wang ha dimostrato che un approccio diverso potrebbe essere più promettente: elettricità statica e attrito. Questo è l'effetto sul lavoro quando si passa un pettine di plastica tra i capelli in una giornata asciutta e si rizza. I ricercatori della Georgia Tech hanno dimostrato che questo fenomeno di carica statica, chiamato effetto triboelettrico, può essere sfruttato per produrre energia utilizzando un tipo di plastica, polietilene tereftalato e un metallo. Quando le pellicole sottili di questi materiali entrano in contatto l'una con l'altra, si caricano. E quando i due film vengono flessi, tra di loro scorre una corrente che può essere sfruttata per caricare una batteria. Quando le due superfici sono modellate con strutture su scala nanometrica, la loro area superficiale è molto maggiore, così come l'attrito tra i materiali e la potenza che possono produrre.
Il nanogeneratore Georgia Tech può convertire dal 10 al 15 percento dell'energia nei movimenti meccanici in elettricità e i materiali più sottili dovrebbero essere in grado di convertire fino al 40 percento, afferma Wang. Un quadrato delle dimensioni di un'unghia del nanomateriale triboelettrico può produrre otto milliwatt quando viene flesso, una potenza sufficiente per far funzionare un pacemaker. Un cerotto di cinque per cinque centimetri può accendere 600 LED contemporaneamente o caricare una batteria agli ioni di litio che può quindi alimentare un telefono cellulare commerciale. Il gruppo di Wang ha descritto questi risultati online nella rivista Nano lettere .
La scelta dei materiali è ampia e la fabbricazione del dispositivo è facile, afferma Wang. È possibile accoppiare una qualsiasi delle circa 50 plastiche, metalli e altri materiali comuni per realizzare questo tipo di dispositivo.
Sono impressionato dalla densità di potenza qui, dice Shashank Priya , direttore del Center for Energy Harvesting Materials and Systems presso Virginia Tech. Altri materiali intelligenti non hanno prodotto energia sufficiente per applicazioni pratiche, afferma.
Resta da vedere se il nuovo nanogeneratore funzionerà fuori dal laboratorio. Devono dimostrare che questo può generare energia dalle vibrazioni meccaniche nella vita reale, afferma Jiangyu Li , professore di ingegneria meccanica presso l'Università di Washington a Seattle. Per lavorare nel mondo reale, uno spazzino di energia dovrà essere in grado di captare le frequenze vibrazionali che forniscono più energia. Un nanogeneratore in grado di rilevare solo vibrazioni meccaniche a bassa energia impiegherebbe troppo tempo per caricare un telefono cellulare, osserva Priya. Wang afferma di essere in trattative con le aziende per lo sviluppo dell'energy scavenger per particolari applicazioni e immagina che venga indossato su un bracciale.