Dispositivo híbrido solar-piezoeléctrico

En la parte superior la célula solar y en la inferior el nanogenerador, ambos en el mismo sustrato.

Existen generadores a escala nanométrica capaces de convertir en electricidad energía mecánica procedente de vibraciones, corrientes de líquidos, incluso a partir del movimiento del cuerpo. Ahora los investigadores han combinado un nanogenerador con una célula solar para crear un  dispositivo integrado capaz de cosechar energía solar y mecánica. Este generador híbrido es el primero de su especie que puede usarse, por ejemplo, para que los sensores de un aeroplano capten energía tanto del sol como de las vibraciones del motor.

Los nanogeneradores suelen utilizar nanohilos piezoeléctricos, estructuras de óxido de zinc (ZnO) del tamaño de un capilar que en respuesta a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. El primero de estos dispositivos lo hizo Zhong Lin Wang, director del Center for Nanostructure Characterization, del Georgia Tech, del que también es profesor, quien espera que los nanogeneradores consigan algún día suprimir la necesidad de usar baterías gracias a sensores implantados médicamente, e incluso generar la suficiente como para alimentar dispositivos electrónicos personales.

Comparados con las células solares, los nanogeneradores son todavía relativamente ineficientes colectores de energía, dice Wang, pero “a veces la energía solar no está disponible”. Por eso colabora con Xudong Wang, profesor de ingeniería y materiales en la Universidad de Wisconsin-Madison, para conseguir un nuevo dispositivo híbrido.

Combina dos tecnologías previamente desarrolladas; ambas utilizan nanohilos de óxido de zinc en un sustrato de silicio. La capa superior consiste en una delgada película que es la célula solar en la que se encuentran incrustados los nanohilos de ZnO. La superficie de los nanohilos estimula la absorción de luz según un diseño basado en un trabajo de Peidong Yang, profesor de química de la Universidad de California, Berkeley. La capa inferior contiene el nanogenerador de Wang. En la base del silicio existe un polímero rugoso también cubierto con nanohilos de ZnO dispuestos como una dentadura. Cuando el dispositivo se expone a vibraciones, el rozamiento de esos dientes produce un potencial eléctrico.

La célula solar y el nanogerador están conectados eléctricamente mediante el mismo sustrato de sílicio que actúa como ánodo de la célula solar y cátodo del nanogenerador. Aunque es posible conectar células solares y nanogeneradores, integrarlos en un dispositivo ahorra espacio y es energéticamente más eficiente. El prototipo puede producir 0′6 voltios de energía solar y 10 milivoltios de piezoeléctrica, y aunque solo tiene un nanogenerador, Wang piensa incrementar la producción de energía mediante dispositivos de múltiples capas de nanogeneradores.

Charles Lieber, profesor de química de la Universidad de Harvard, cree que el dispositivo de Wang es muy imaginativo. Según cree, es el primer dispositivo híbrido a nanoescala capaz de cosechar dos tipos de energía. “Esto es particularmente importante, dado que uno es activo a la luz, mientras el otro puede trabajar en la oscuridad”. Espera que el trabajo inspire otras investigaciones que combinen dispositivos nanogeneradores híbridos, sobre todo aquellos que combinen nanogeneradores con “nanoalmacenadores” de energía.

(Al parecer el ejército del aire de EEUU (U.S Air Force) ha publicado recientemente una convocatoria para financiar la investigación para la obtención de energía con dispositivos híbridos “no convencionales”)

Fuente: Ison21