Nanogerador inovador produz eletricidade continuamente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  02/05/2019

Esta que é a próxima geração de nanogeradores abre novos campos para a colheita de energia do meio ambiente. [Imagem: Liu et al. - 10.1126/sciadv.aav6437]

Tipos de nanogeradores

Já foram construídos inúmeras versões dos geradores elétricos pessoais, ou nanogeradores, capazes de produzir eletricidade tirando proveito do andar das pessoas, da respiração, das vibrações dos carros e de vários outros eventos naturais e artificiais.

Uma das características básicas desses nanogeradores é que eles são intermitentes, gerando eletricidade em pulsos - por exemplo, um nanogerador no sapato produz eletricidade quando você pisa, mas não quando você levanta o pé.

Esse inconveniente acontece em todas as três principais classes de nanogeradores existentes atualmente: nanogeradores eletromagnéticos (EMGs), nanogeradores piezoelétricos (PENGs) e nanogeradores triboelétricos (TENGs).

Gerador constante

Di Liu, do Instituto de Nanoenergia e Nanossistemas de Pequim, na China, resolveu esse problema criando um nanogerador triboelétrico contínuo, que produz eletricidade em todos os ciclos de operação.

Para obter uma saída constante de corrente, ele acoplou o efeito triboelétrico, tradicionalmente usado nos nanogeradores, com uma ruptura eletrostática, uma descarga momentânea que ocorre quando a tensão aplicada através de um isolante excede sua tensão de ruptura, fazendo fluir uma corrente. Na prática, isso significa que o isolante torna-se eletricamente condutor - é assim que os relâmpagos ocorrem, quando o ar isolante torna-se um condutor.

A parte triboelétrica é desempenhada pelo polímero PTFE (politetrafluoroetileno), ligado a eletrodos de cobre que funcionam tanto como eletrodo de coleta de carga quanto como eletrodo friccional. Uma placa de acrílico age como camada triboelétrica.

Fotos do protótipo em operação. [Imagem: Liu et al. - 10.1126/sciadv.aav6437]

Mini-relâmpagos

Com base no alinhamento inicial entre os eletrodos e o filme PTFE, Liu conseguiu uma carga elétrica quase permanente no filme. Ele então inseriu uma barra deslizante no meio para gerar um campo eletrostático muito alto entre o eletrodo coletor de elétrons e o filme de PTFE, carregado negativamente.

Quando o campo eletrostático excede a rigidez dielétrica entre eles, a aproximadamente 3 kV/mm, o ar em volta fica parcialmente ionizado e começa a conduzir. Essa técnica resultou no fluxo de elétrons do PTFE para o eletrodo coletor de corrente, essencialmente criando mini-relâmpagos artificiais, que suprem a energia nos hiatos que faltavam.

O resultado líquido é uma densidade de carga constante de 430 µC m^-2, muito maior do que os nanogeradores triboelétricos convencionais, que até agora bateram nos 70 µC m^-2.

Além de mais energia, o fornecimento constante de eletricidade abre inúmeros outros campos de utilização para a colheita de energia, fazendo com este protótipo possa ser seguramente visto como a próxima geração dos nanogeradores.

Bibliografia:

A constant current triboelectric nanogenerator arising from electrostatic breakdown
Di Liu, Xing Yin, Hengyu Guo, Linglin Zhou, Xinyuan Li, Chunlei Zhang, Jie Wang, Zhong Lin Wang
Science Advances
Vol.: 5, no. 4, eaav6437
DOI: 10.1126/sciadv.aav6437