Efectos triboeléctricos y sus aplicaciones #IME #Uninter #Ingeniería

Zapatos, suelos, camisetas… Todos ellos pueden convertirse en una fuente de energía renovable gracias a los nanogeneradores triboeléctricos de última generación.

¿Cómo funcionan los nanogeneradores triboeléctricos?

Normalmente, los efectos triboeléctricos se producen con el roce entre dos superficies, en la que una cede electrones a la otra. Es lo que sucede a veces al pasar un peine por el cabello o quitarse un jersey. Los nanogeneradores triboeléctricos, cuya primera propuesta teórica data de principios de la década pasada, aprovechan este principio para alimentar sensores en miniatura. Un TENG básico contiene cuatro capas. La superior se encarga de liberar electrones, la intermedia los atrapa y la inferior los recoge. Las tres, a su vez, están cubiertas por otra capa que ejerce de batería donde se almacena la corriente generada, que debe transformarse de alterna (AC) a continua (DC).

Para optimizar el funcionamiento de la capa encargada de liberar electrones de un TENG se recurre a materiales específicos como los lípidos o el nylon. Sin embargo, lo que verdaderamente determina su eficiencia es su morfología. Es decir, si a gran escala la rugosidad contribuye a potenciar la fricción y liberación de electrones, este principio se traslada a la nanoescala. Los TENG de última generación utilizan microestructuras para generar más electricidad, ya que estos microrrelieves multiplican exponencialmente la superficie de contacto. Posteriormente, el relieve de una capa triboeléctrica recibe diversos tratamientos como la exposición a una corriente de aire ionizada negativamente o un tratamiento de plasma que incrementan más aún su capacidad eléctrica.

La fricción no es la única manera de aprovechar el potencial triboeléctrico. Por ejemplo, una membrana triboeléctrica puede generar una corriente gracias al impacto de las gotas de lluvia.

APLICACIONES DEL EFECTO TRIBOELÉCTRICO

Suelos con una capa triboeléctricas conectados a dispositivos IoT.
Sensores en ropa inteligente para medir señales vitales.
Zapatos capaces de monitorizar el ejercicio físico.
Sensores autónomos como detectores de incendios forestales, táctiles así como de polvo y partículas.
Alimentación de LED.

Triboelectricidad en sensores

Las corrientes generadas por este tipo de dispositivos son muy débiles, en su mayor parte medidas en milivatios. Sin embargo, esta cantidad de energía basta para alimentar un LED o dispositivos integrados en ropa inteligente como zapatos o camisetas. Además, un sistema triboeléctrico no tiene por qué destinarse a la generación de electricidad para alimentar otros dispositivos. El hecho de que se active por medio de la fricción o de presión mecánica lo convierte en candidato idóneo para ejercer de sensores. Por ejemplo, una piel artificial puede registrar el tacto gracias a una capa triboeléctrica. Además, generan corriente cuando se les somete a torsión o se estiran, lo que permite monitorizar los movimientos de articulaciones.

Los TENG son dispositivos de diseño complejos, pero tienen infinitas aplicaciones, tanto para su uso en wearables como su integración en sensores autónomos que pueden operar en contextos tan dispares como el hogar, un bosque o el mar.