A maioria de nós já sentiu o choque da eletricidade estática ao tocar em um objeto metálico depois de vestir um suéter ou caminhar sobre um tapete. Isso ocorre como resultado do acúmulo de carga sempre que dois materiais diferentes (como nosso corpo e o tecido) entram em contato um com o outro.
Em 2012, cientistas dos EUA e da China usaram esse fenômeno, conhecido como "efeito triboelétrico", para construir um nanogerador triboelétrico (TENG) que converte energia mecânica não utilizada em energia elétrica útil. Seu dispositivo consistia em dois filmes de polímero triboelétricos com eletrodos metálicos, que, quando reunidos e separados, resultavam na separação de cargas e no desenvolvimento de uma tensão elétrica suficiente para alimentar pequenos dispositivos eletrônicos.

Vistos como potenciais coletores de energia sustentável, esforços têm sido feitos para aumentar a produção de energia dos TENGs injetando cargas na superfície dos filmes triboelétricos. No entanto, a recombinação de carga no eletrodo e a repulsão de carga na superfície do material impedem que eles atinjam altas densidades de carga na superfície.

Nesse contexto, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Chanho Pak do Instituto Gwangju de Ciência e Tecnologia (GIST) na Coreia do Sul desenvolveu, em um estudo recente, uma camada de confinamento de cargas que gerencia a transferência de cargas injetadas entre o filme triboelétrico e o eletrodo para melhorar a densidade de carga na superfície do filme triboelétrico. Este artigo foi publicado em Small Methods .

"No projeto de TENGs de alto desempenho, é fundamental transportar a carga na superfície para uma posição profunda, reduzindo a recombinação de carga", diz o Prof. Pak. Para fazer as camadas, os pesquisadores usaram esferas de carbono mesoporosas eletrofiadas juntamente com camadas de fluoreto de polivinilideno (PVDF) e nylon. As esferas de carbono, que retêm cargas na superfície, foram dispostas em ordem crescente de suas áreas superficiais específicas, formando uma camada gradiente de confinamento de carga. Como resultado desse arranjo de gradiente, as cargas injetadas podiam se deslocar em direção ao eletrodo, mas eram confinadas pouco antes de atingi-lo. "As camadas transportam e confinam as cargas", explica o Prof. Pak.

Ao transportar as cargas para longe da superfície, as camadas evitam que as cargas injetadas se acumulem e se repelam na superfície do material triboelétrico, permitindo que ele retenha mais carga. Além disso, confinar as cargas próximas aos eletrodos evita a perda de carga devido à recombinação, resultando em uma superfície triboelétrica com maior densidade de carga.

Com a adição de camadas de confinamento de carga, os pesquisadores melhoraram a tensão e a corrente de saída do TENG em 40 e sete vezes, respectivamente. Além disso, combinando um TENG cilíndrico e um gerador eletromagnético, eles alcançaram um aumento dramático de 1300 vezes na corrente de saída.

"Com esses resultados promissores, os TENGs podem um dia ser poderosos o suficiente para servir como coletores de energia sustentável, bem como dispositivos portáteis de energia do futuro", diz o Prof. Pak. + Explorar mais

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