Un generatore flessibile ed indossabile che trasforma il movimento in energia

I dispositivi indossabili che creano e raccolgono energia dal movimento non sono una invenzione nuova, ma la Rice University è riuscita a sviluppare un materiale che li rende più funzionali.

Nel laboratorio di risonanza del chimico James Tour è stato modificato il grafene indotto con il laser (LIG), convertendolo in piccoli dispositivi privi di metallo che generano elettricità. Un po’ come quando sfreghiamo una bacchetta di plastica su un maglione di lana, questo materiale composito, il LIG, messo a contatto con altre superfici produce elettricità statica, che può essere utilizzata per alimentare dispositivi di vario tipo. Grazie all’effetto triboelettrico questi materiali generano una carica di elettricità attraverso lo sfregamento, dopodiché vengono assemblati e poi separati. Grazie a questo sistema sviluppano un accumulo di cariche di superficie che possono essere canalizzate verso la produzione di energia.

I ricercatori durante gli esperimenti hanno collegato una striscia piegata di LIG a una serie di diodi a emissioni di luce, o led, e hanno scoperto che toccando la striscia si produceva energia sufficiente a farli lampeggiare. Un pezzo più grande di LIG, incorporato meccanismo apposito, consente a chi lo indossa di generare energia ad ogni passo e attraverso il ripetuto contatto del grafene composito con la pelle di produrre una quantità di corrente in grado di caricare un piccolo condensatore.

“Questo potrebbe essere un modo per ricaricare piccoli dispositivi, semplicemente usando l’energia che scaturisce dall’attività di deambulazione dai talloni o dai movimenti del braccio che oscilla contro il busto”, ha dichiarato Tour.

Il LIG è, in sostanza, una schiuma di grafene che si crea quando determinati prodotti chimici vengono riscaldati sulla superficie di un polimero o altro materiale con un laser, fatto ciò vengono rilasciate solo scaglie interconnesse di carbonio bidimensionale. Il laboratorio ha dapprima realizzato il LIG sulla poliimmide comune, poi successivamente ha esteso la tecnica a piante, cibo, carta trattata e legno.

Il laboratorio ha trasformato il poliimmide, il sughero e altri materiali in elettrodi di LIG per verificare la produzione di energia e la resistenza all’usura. Sono riusciti ha ottenere i migliori risultati dai materiali alle estremità opposte della serie triboelettrica, che quantifica la loro capacità di generare carica statica mediante l’elettrificazione a contatto.

Il LIG ​​con poliimmide tribonegativa nella configurazione pieghevole è stato spruzzato con un rivestimento protettivo in poliuretano, che è servito anche come materiale tribopositivo. Quando gli elettrodi vengono a contatto, gli elettroni vengono trasferiti alla poliimmide dal poliuretano. Il contatto e la successiva separazione guidavano le cariche, che possono essere immagazzinate attraverso un circuito esterno usato per riequilibrare la carica statica accumulata. La LIG pieghevole e riuscita a generare circa 1 chilovolt di energia ed a rimanere stabile dopo 5.000 cicli di piegatura.

La migliore configurazione risultata dagli esperimenti e stata quella con gli elettrodi del composito polliimide-LIG e alluminio, che ha prodotto tensioni superiori ai 3,5 kilovolt e una potenza massima sviluppata di oltre 8 milliwatt.

“Il nanogeneratore incorporato in una flip-flop è stato in grado di immagazzinare una quantità di energia elettrica pari a 0,22 millijoule su un condensatore dopo aver effettuato una camminata di un chilometro”, ha affermato il ricercatore post dottorato Rice Michael Stanford, autore principale dell’articolo. “Questa quantità di energia accuumulata è in grado di alimentare i sensori indossabili e oggetti elettronici grazie ai movimenti umani.”