Imagine neumáticos que cargan un vehículo mientras conduce, farolas alimentadas por el ruido del tráfico o rascacielos que generan electricidad cuando los edificios se balancean y se estremecen de forma natural.

Estas innovaciones energéticas podrían ser posibles gracias a investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer que están desarrollando materiales respetuosos con el medio ambiente que producen electricidad cuando se comprimen o se exponen a vibraciones.

en unestudio recientepublicado en la revistaComunicaciones de la naturaleza, el equipo desarrolló unpelícula de polímeroinfundido con un compuesto especial de perovskita de calcogenuro que produce electricidad cuando se aprieta o se estresa, un fenómeno conocido como efecto piezoeléctrico.

Si bien actualmente existen otros materiales piezoeléctricos, este es uno de los pocos de alto rendimiento que no contiene plomo, lo que lo convierte en un excelente candidato para su uso en máquinas, infraestructura y aplicaciones biomédicas.

"Estamos entusiasmados y alentados por nuestros hallazgos y su potencial para apoyar la transición aenergía verde", dijo Nikhil Koratkar, Ph.D., autor correspondiente del estudio y profesor John A. Clark y Edward T. Crossan en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y Nuclear.

"El plomo es tóxico y está cada vez más restringido y eliminado de materiales y dispositivos. Nuestro objetivo era crear un material sin plomo y que pudiera fabricarse de forma económica utilizando elementos que se encuentran comúnmente en la naturaleza".

La película de captación de energía, que tiene sólo 0,3 milímetros de espesor, podría integrarse en una amplia variedad de dispositivos, máquinas y estructuras, explicó Koratkar.

"Básicamente, el material se convierteenergía mecánicaenenergía eléctrica"Cuanto mayor sea la carga de presión aplicada y mayor la superficie sobre la que se aplica la presión, mayor será el efecto", dijo Koratkar. "Por ejemplo, podría usarse debajo de las carreteras para generar electricidad cuando los automóviles pasan sobre ellas.También podría usarse en materiales de construcción, generando electricidad cuando los edificios vibran".

El efecto piezoeléctrico ocurre en materiales que carecen de simetría estructural.Bajo estrés,materiales piezoeléctricosdeformarse de tal manera que cause que los iones positivos y negativos dentro del material se separen.Este "momento dipolar", como se conoce científicamente, se puede aprovechar y convertir en corriente eléctrica.

En el material de perovskita de calcogenuro descubierto por el equipo de RPI, la simetría estructural se puede romper fácilmente bajo tensión, lo que lleva a una respuesta piezoeléctrica pronunciada.

Una vez sintetizados su nuevo material, que contiene bario, circonio y azufre, los investigadores probaron su capacidad para producir electricidad sometiéndolo a diversos movimientos corporales, como caminar, correr, aplaudir y golpear con los dedos.

Los investigadores descubrieron que el material generaba electricidad durante estos experimentos, suficiente para alimentar incluso bancos de LED que deletreaban RPI.

"Estas pruebas muestran que esta tecnología podría ser útil, por ejemplo, en un dispositivo usado por corredores o ciclistas que ilumina sus zapatos o cascos y los hace más visibles. Sin embargo, esto es sólo una prueba de concepto, como nos gustaría demostrareventualmente veremos este tipo de material implementado a escala, donde realmente puede marcar la diferencia enproducción de energía", dijo Koratkar.

En el futuro, el laboratorio de Koratkar explorará toda la familia de compuestos de perovskita de calcogenuro en la búsqueda de aquellos que exhiban una resistencia aún más fuerte.efecto piezoeléctrico.Inteligencia artificial yaprendizaje automáticopodrían resultar herramientas útiles en esta búsqueda, afirmó Koratkar.

"La producción de energía sostenible es vital para nuestro futuro", afirmó Shekhar Garde, Ph.D., decano de la Escuela de Ingeniería RPI."El trabajo del profesor Koratkar es un gran ejemplo de cómo los enfoques innovadores para el descubrimiento de materiales pueden ayudar a abordar un problema global".