Uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Maryland criou um dispositivo de calor em eletricidade que funciona com íons e que algum dia poderá aproveitar o calor do corpo para fornecer energia.

Liderado por pesquisadores da UMD, Liangbing Hu, Robert Briber e Tian Li, do departamento de ciência dos materiais, e Siddhartha Das, da engenharia mecânica, a equipe transformou um pedaço de madeira em uma membrana flexível que gera energia a partir do mesmo tipo de corrente elétrica (íons) pela qual o corpo humano funciona. Essa energia é gerada usando paredes de canal carregadas e outras propriedades exclusivas das nanoestruturas naturais da madeira. Com esta nova tecnologia à base de madeira, eles podem usar um pequeno diferencial de temperatura para gerar voltagem iônica de forma eficiente, como demonstrado em um artigo publicado em 25 de março na revista Materiais da Natureza .

Se você já esteve do lado de fora durante uma tempestade com raios, você viu que gerar carga entre duas temperaturas muito diferentes é fácil. Mas para pequenas diferenças de temperatura, é mais difícil. Contudo, a equipe diz que enfrentou com sucesso este desafio. Hu disse que agora "demonstraram seu dispositivo de prova de conceito, para colher calor de baixo grau usando comportamento nanoiônico de nanoestruturas de madeira processada ".

As árvores criam canais que movem a água entre as raízes e as folhas. Estes são constituídos por canais fractais menores, e no nível de uma única célula, canais de apenas nanômetros ou menos de diâmetro. A equipe aproveitou esses canais para regular os íons.

Os pesquisadores usaram basswood, que é uma árvore de rápido crescimento e baixo impacto ambiental. Eles trataram a madeira e removeram dois componentes - lignina, que torna a madeira marrom e adiciona força, e hemicelulose, que envolve as camadas de células que as unem. Isso dá à celulose restante sua flexibilidade característica. Este processo também converte a estrutura da celulose do tipo I para o tipo II, que é a chave para aumentar a condutividade iônica.

Uma membrana, feito de uma fina fatia de madeira, era delimitado por eletrodos de platina, com eletrólito à base de sódio infiltrado na celulose. Eles regulam o fluxo de íons dentro dos minúsculos canais e geram sinal elétrico. "As paredes do canal carregadas podem estabelecer um campo elétrico que aparece nas nanofibras e, assim, ajudar a regular efetivamente o movimento de íons sob um gradiente térmico, "disse Tian Li, primeiro autor do artigo. .

Li - que foi nomeado um dos "30 com menos de 30" da Forbes em Energia em 2018 - disse que os íons de sódio no eletrólito se inserem nos canais alinhados, que é possível pela conversão da estrutura cristalina da celulose e pela dissociação dos grupos funcionais de superfície.

"Somos os primeiros a mostrar isso, este tipo de membrana, com suas matrizes expansivas de celulose alinhada, pode ser usado como uma membrana seletiva de íons de alto desempenho por nanofluídicos e streaming molecular e estende muito as aplicações de celulose sustentável em nanoiônicos, "disse Li resumindo seu trabalho.