Adiós a las baterías: así el revolucionario material capaz de generar energía sólo con andar, correr o mover los brazos

Sólo hace falta echar un vistazo a tu alrededor para darte cuenta de la cantidad de dispositivos electrónicos con batería que utilizas de forma cotidiana en España. El móvil se ha convertido en el más usado, pero los auriculares, los portátiles y hasta los coches eléctricos también recurren a esta fuente de energía recargable. Para superar sus limitaciones se están desarrollando materiales capaces de acumular energía directamente en la carcasa de un teléfono o en la carrocería de un automóvil, pero hay quien busca ir un paso más lejos. 

Los ingenieros del Instituto Politécnico Rensselaer (RPI), destacada institución académica con sede en Troy (Nueva York, EEUU), parecen decididos a conseguir algo aún más revolucionario. En un artículo publicado en Nature Communications, los investigadores explican el proceso de fabricación y las propiedades de un nuevo material que produce electricidad cuando se comprime o se expone a vibraciones. Eso abriría la puerta a diseños y productos innovadores, como unos neumáticos capaces de cargar un vehículo eléctrico mientras circula o rascacielos que generan energía cuando vibran y oscilan por acción del viento.

"Estamos entusiasmados y animados por nuestros hallazgos y su potencial para apoyar la transición a la energía verde", afirma el autor principal del estudio, Nikhil Koratkar, catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y Nuclear del RPI. Además de las propiedades del material, Koratkar destaca que, a diferencia de la mayoría de superficies piezoeléctricas, la desarrollada por su equipo no recurre al plomo. "Es tóxico y cada vez está más restringido y eliminado de materiales y dispositivos. Nuestro objetivo era crear un material que no contuviera plomo y que pudiera fabricarse a bajo coste utilizando elementos que se encuentran habitualmente en la naturaleza".

Nuevos materiales

Determinados cristales, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren en su masa una polarización eléctrica, con diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Son los llamados materiales piezoeléctricos, cuyas propiedades se descubrieron en el siglo XIX y hoy en día son fundamentales para el funcionamiento del sonar de los barcos, los micrófonos o los inyectores de los motores de combustión interna.

Detrás del efecto piezoeléctrico está la carencia de simetría estructural del material. Cuando se someten a tensión, estos materiales se deforman y el resultado es la separación de los iones positivos y negativos. El conocido como "momento dipolar" puede aprovecharse para crear una corriente eléctrica. Por lo tanto, cuanto más fácil sea romper esa simetría estructural, más potencia podrá 'cosecharse'.

Un micrófono piezoeléctrico Omicrono

Minerales como el cuarzo o el rubidio son piezoeléctricos, pero para mejorar su eficacia a la hora de generar energía es habitual que se 'mezclen' con plomo, que es altamente cancerígeno. La normativa medioambiental es cada vez más exigente en ese sentido, y por eso es imprescindible trabajar en una nueva generación de este tipo de materiales para "aprovechar la energía ubicua, abundante y renovable asociada a las vibraciones mecánicas", según un comunicado de prensa del RPI.

Para ello, el equipo de Koratkar desarrolló una fina película de 0,3 mm de grosor de polímero infundido con un compuesto de calcogenuro de perovskita, que produce electricidad cuando se aprieta o se somete a tensión. Así, han desarrollado uno de los pocos materiales piezoeléctricos de alto rendimiento sin plomo, con aplicaciones tan variadas como su integración en infraestructuras o el diseño de dispositivos biomédicos.

Sinonus Omicrono

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"Esencialmente, el material convierte la energía mecánica en energía eléctrica: cuanto mayor sea la carga de presión aplicada y mayor sea la superficie sobre la que se aplica la presión, mayor será el efecto", explica Koratkar. "Por ejemplo, podría utilizarse debajo de las autopistas para generar electricidad cuando los coches pasen por encima. También podría usarse en materiales de construcción, generando electricidad cuando los edificios vibran".

Energía a partir de movimiento

Para sintetizar el material, los investigadores utilizaron partículas dispersas de bario, circonio y azufre a pequeña escala, con el objetivo de fabricar finas películas capaces de captar la energía del movimiento del cuerpo humano para alimentar dispositivos electroquímicos y electrónicos tipo wearable.

Así, durante los experimentos se utilizaron esas delgadas capas de material piezoeléctrico para producir electricidad y comprobar su eficiencia con los movimientos corporales cotidianos, desde caminar y correr hasta doblar el brazo o aplaudir. Así, podría integrarse fácilmente en prendas de ropa o calzado con distintas funciones.

Tras los ensayos, el resultado quedó claro: la película de calcogenuro de perovskita fue capaz de generar la suficiente energía como para alimentar un banco de luces LED. "Estas pruebas demuestran que esta tecnología podría ser útil, por ejemplo, en un dispositivo usado por corredores o ciclistas que ilumine sus zapatillas o cascos y los haga más visibles", dijo Koratkar.

Universidad de Washington Omicrono

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A pesar de los resultados positivos, los investigadores señalan que es sólo un primer paso, una prueba de concepto con un enorme potencial si el material se puede fabricar e implementar a gran escala, "donde realmente puede marcar la diferencia en la producción de energía".

Por delante queda experimentar con toda la familia de compuestos calcogenuros de perovskita para encontrar los que tengan un mayor efecto piezoeléctrico. En esa búsqueda pueden colaborar decisivamente algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático, capaces de encontrar patrones en enormes cantidades de datos.