p (Phys.org) —A ideia de coletar energia ambiental do ambiente que de outra forma não seria usada propositalmente é, em teoria, uma ótima maneira de produzir verde, energia renovável. Mas o maior problema nessa área relativamente nova de pesquisa é que os cientistas ainda precisam encontrar um método que possa coletar grandes quantidades de energia. Contudo, a tecnologia está melhorando constantemente, como demonstrado pelo desenvolvimento de um nanogerador que pode carregar parcialmente uma bateria de íons de lítio ao coletar energia das flutuações de temperatura no ambiente. p Os cientistas, Ya Yang e Sihong Wang do Instituto de Tecnologia da Geórgia em Atlanta, Yan Zhang, do Instituto de Tecnologia da Geórgia e da Academia Chinesa de Ciências de Pequim, e Zhong Lin Wang de ambas as instituições, publicaram um artigo sobre um nanogerador piroelétrico em uma edição recente da Nano Letras .

p Os cientistas chamam o dispositivo de nanogerador piroelétrico (PENG) porque é baseado no efeito piroelétrico, em que a polarização de um material anisotrópico muda em resposta às flutuações de temperatura, que pode ser usado para coletar energia térmica. Ao contrário do efeito Seebeck, que é usado para coletar energia térmica com base na diferença de temperatura entre as duas extremidades de um dispositivo, o efeito piroelétrico ocorre em ambientes onde a temperatura é espacialmente uniforme, mas muda com o tempo.

p "O calor desperdiçado é uma fonte rica de energia que pode ser colhida, "Zhong Lin Wang disse Phys.org . "Em 2010, por exemplo, mais de 50 por cento da energia gerada por todas as fontes nos EUA foi perdida principalmente na forma de calor desperdiçado, o que nos apresenta uma grande oportunidade de colher este tipo de energia usando nanotecnologia. A colheita de energia termoelétrica depende principalmente do efeito Seebeck, que utiliza uma diferença de temperatura entre duas extremidades do dispositivo para conduzir a difusão de portadores de carga. A presença de um gradiente de temperatura é uma obrigação para a célula termoelétrica convencional. Contudo, em um ambiente onde a temperatura é espacialmente uniforme sem gradiente, como o ar livre em nossa vida diária, o efeito Seebeck dificilmente é útil para coletar energia térmica proveniente de uma flutuação de temperatura dependente do tempo. Nesse caso, o efeito piroelétrico é a escolha, que é sobre a polarização espontânea em certos sólidos anisotrópicos como resultado da flutuação da temperatura, mas existem poucos estudos sobre o uso do efeito piroelétrico para a captação de energia térmica. "

p A data, PENGs tiveram tensões de saída abaixo de 0,1 V e corrente abaixo de 1 nA, que são muito baixos para acionar qualquer aparelho eletrônico comercial. Aqui, os pesquisadores demonstraram que um PENG feito de uma película fina de titanato de zirconato de chumbo (PZT) tem uma tensão de saída de até 22 V, um pico atual de 430 nA, e uma densidade de corrente de 171 nA / cm ² quando exposto a uma mudança de temperatura de 45 K a uma taxa de 0,2 K / segundo. O filme fino PZT tem 21 mm de comprimento, 12 mm de largura, e 175 µm de espessura - cerca da metade do tamanho de um selo postal.

p Com essas melhorias na tensão e corrente, um único pulso de saída do PENG pode alimentar continuamente um LCD por mais de 60 segundos; em comparação, um nanogerador piezoelétrico, que coleta energia mecânica do meio ambiente, pode alimentar um LCD por cerca de 2 segundos.

p Para expandir as aplicações potenciais do PENG, os pesquisadores queriam armazenar a energia elétrica gerada por flutuações de temperatura. Então, eles o conectaram a uma bateria de íon-lítio, e demonstrou que o PENG pode carregar a bateria de 650 a 810 mV em cerca de 3 horas. Eles então mostraram que essa capacidade elétrica armazenada poderia ser usada para alimentar um LED verde por alguns segundos.

p Outra aplicação potencial dos PENGs são os sensores sem fio. Os pesquisadores explicaram que os sensores sem fio podem ser alimentados por uma bateria recarregável de íons de lítio com uma voltagem de 2,8 V. No entanto, o PENG fabricado aqui tem corrente muito pequena para fazer isso, uma vez que a corrente não pode ultrapassar completamente a autodescarga inerente da bateria. Os pesquisadores preveem que dobrar a área do filme PZT dobraria a corrente, e aumentar a espessura do filme PZT também pode aumentar a corrente. Essas melhorias podem tornar os nanogeradores piroelétricos atraentes para a condução de sensores sem fio, LCDs, e outros pequenos dispositivos eletrônicos, apenas colhendo as mudanças de temperatura no ambiente.

p "Em nosso ambiente de vida, a mudança de temperatura pode vir de uma queda induzida pelo fluxo de ar na temperatura ambiente, a geração de calor ciclada perto de um motor, iluminação solar com uma sombra em movimento, ligar e desligar água quente / fluxo de ar em um tubo, etc. "Zhong Lin Wang disse.

p Atualmente, os pesquisadores estão continuando a melhorar a potência de saída do PENG e também estão integrando a tecnologia com alguns produtos existentes para demonstrar suas aplicações práticas. p Copyright 2012 Phys.org
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