p (Phys.org) - As tecnologias de energia renovável geralmente consistem em dois processos distintos:geração de energia (usando fontes como carvão, solar, vento, etc.) e armazenamento de energia (como baterias). Esses dois processos são sempre realizados por meio de duas unidades separadas, com o primeiro processo convertendo a forma original de energia em eletricidade, e o segundo processo de conversão de eletricidade em energia química. Agora, pela primeira vez, engenheiros demonstraram que a energia pode ser gerada e armazenada em um único dispositivo que converte energia mecânica diretamente em energia química, contornando a etapa intermediária de geração de eletricidade. O dispositivo atua basicamente como uma unidade híbrida de gerador-bateria, ou em outras palavras, uma célula de energia com carregamento automático. p Os pesquisadores, Xinyu Xue, Sihong Wang, Wenxi Guo, Yan Zhang, e Zhong Lin Wang, do Instituto de Tecnologia da Geórgia em Atlanta, Geórgia, publicaram seu estudo sobre a combinação de geração e armazenamento de energia em uma única unidade em uma edição recente da Nano Letras .

p “Este é um projeto que apresenta uma nova abordagem em tecnologia de baterias que é fundamentalmente nova na ciência, ”Zhong Lin Wang disse Phys.org . “Isso tem uma aplicação geral e ampla porque é uma unidade que não só colhe energia, mas também a armazena. Não é necessária uma fonte DC de jato de parede constante para carregar a bateria. É principalmente para ser usado para dirigir pequenos, eletrônicos portáteis. ”

p Para fabricar a célula de energia com carregamento automático, os pesquisadores começaram com uma bateria de íon-lítio do tipo moeda e substituíram o separador de polietileno que normalmente separa os dois eletrodos por filme PVDF. Como um material piezoelétrico, O filme PVDF gera uma carga quando está sob uma tensão aplicada. Por causa de sua posição entre os eletrodos da bateria, o filme PVDF faz com que íons de lítio positivos migrem do cátodo para o ânodo, a fim de manter um equilíbrio de carga na bateria. Este processo de migração de íons carrega a bateria sem a necessidade de qualquer fonte de tensão externa; uma vez que o separador PVDF fornece a tensão, ou diferença de potencial entre eletrodos, a bateria é essencialmente auto-carregável.

p A fim de aplicar uma tensão ao separador, os pesquisadores colocaram a bateria do tamanho de uma moeda na sola de um sapato, e descobri que caminhar pode gerar energia compressiva suficiente para carregar a bateria. Uma força compressiva com frequência de 2,3 Hz poderia aumentar a tensão do dispositivo de 327 para 395 mV em 4 minutos. Este aumento de 65 mV é significativamente maior do que o aumento de 10 mV que ocorreu quando a célula de energia foi separada em um gerador piezoelétrico PVDF e bateria de íon-lítio com o separador de polietileno convencional. A melhoria mostra que alcançar uma conversão de energia mecânica em química em uma etapa é muito mais eficiente do que o processo de duas etapas mecânico em elétrico e elétrico em químico usado para carregar uma bateria tradicional.

p Assim que o novo equilíbrio entre os eletrodos for alcançado, o processo de carregamento automático cessa. A célula pode começar a fornecer energia após o estresse aplicado ser liberado, uma vez que o campo piezoelétrico desaparece e os íons de lítio podem se difundir de volta do ânodo para o cátodo para atingir um novo equilíbrio. Como em uma bateria de íon de lítio convencional, a difusão iônica envolve reações de redução-oxidação eletroquímica, que aqui geram uma corrente de cerca de 1 μA que pode ser usada para alimentar um pequeno dispositivo eletrônico.

p “Os íons de lítio não fluirão de volta imediatamente após a remoção da tensão aplicada porque ele forma um novo composto com o material do ânodo (LiTiO), ”Zhong Lin Wang disse. “As cargas são preservadas como em uma bateria convencional. Eles são liberados posteriormente, quando a energia é necessária. ”

p Embora essas tensões e correntes sejam baixas, os pesquisadores mostraram que a célula de potência também pode se auto-carregar com tensões mais altas de cerca de 1,5 V, o que pode torná-lo útil para uma ampla gama de aplicações. Os pesquisadores prevêem que podem melhorar ainda mais o desempenho da célula de energia, fazendo várias modificações, tal como usando revestimento flexível para permitir uma maior deformação do material piezoelétrico. p Copyright 2012 Phys.org
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