Hay muchas formas de generar electricidad: baterías, paneles solares, turbinas eólicas y represas hidroeléctricas, por nombrar algunos ejemplos ... Y ahora hay óxido.
Una nueva investigación realizada por científicos de Caltech y Northwestern University muestra que las películas delgadas de óxido - óxido de hierro - pueden generar electricidad cuando el agua salada fluye sobre ellas. Estas películas representan una forma completamente nueva de generar electricidad y podrían usarse para desarrollar nuevasformas de producción de energía sostenible.
Las interacciones entre compuestos metálicos y agua salada a menudo generan electricidad, pero esto generalmente es el resultado de una reacción química en la que uno o más compuestos se convierten en compuestos nuevos. Reacciones como estas son las que funcionan dentro de las baterías.
En contraste, el fenómeno descubierto por Tom Miller, profesor de química de Caltech, y Franz Geiger, profesor de química de Dow en Northwestern, no involucra reacciones químicas, sino que convierte la energía cinética del agua salada en electricidad.
El fenómeno, el efecto electrocinético, se ha observado antes en películas delgadas de grafeno - láminas de átomos de carbono dispuestas en una red hexagonal - y es notablemente eficiente. El efecto es aproximadamente 30 por ciento eficiente en la conversión de energía cinética en electricidadComo referencia, los mejores paneles solares tienen solo un 20 por ciento de eficiencia.
"Se ha visto un efecto similar en algunos otros materiales. Puede tomar una gota de agua salada y arrastrarla a través del grafeno y ver algo de electricidad generada", dice Miller.
Sin embargo, es difícil fabricar películas de grafeno y escalarlas a tamaños utilizables. Las películas de óxido de hierro descubiertas por Miller y Geiger son relativamente fáciles de producir y escalables a tamaños más grandes, dice Miller.
"Básicamente es solo óxido en el hierro, por lo que es bastante fácil de hacer en áreas grandes", dice Miller. "Esta es una implementación más robusta de lo que se ve en el grafeno".
Aunque el óxido se formará solo en las aleaciones de hierro, el equipo necesitaba asegurarse de que se formara en una capa delgada constante. Para ello, utilizaron un proceso llamado deposición física de vapor PVD, que convierte materiales normalmente sólidos, en esteóxido de hierro, en un vapor que se condensa en una superficie deseada. PVD les permitió crear una capa de óxido de hierro de 10 nanómetros de espesor, aproximadamente 10 mil veces más delgada que un cabello humano.
Cuando tomaron ese hierro recubierto de óxido y fluyeron soluciones de agua salada de diferentes concentraciones sobre él, descubrieron que generaba varias decenas de milivoltios y varios microamperios por cm-2.
"En perspectiva, las placas que tienen un área de 10 metros cuadrados cada una generarían unos pocos kilovatios por hora, suficiente para un hogar estándar en los Estados Unidos", dice Miller. "Por supuesto, aplicaciones menos exigentes, incluidos dispositivos de baja potencia en control remotoubicaciones, son más prometedoras en el corto plazo "
El mecanismo detrás de la generación de electricidad es complejo, involucra adsorción y desorción de iones, pero esencialmente funciona así: los iones presentes en el agua salada atraen electrones en el hierro debajo de la capa de óxido. A medida que el agua salada fluye, también lo hacen esos iones,y a través de esa fuerza atractiva, arrastran los electrones en el hierro junto con ellos, generando una corriente eléctrica.
Miller dice que este efecto podría ser útil en escenarios específicos donde hay soluciones salinas en movimiento, como en el océano o el cuerpo humano.
"Por ejemplo, la energía de las mareas, o las cosas que se balancean en el océano, como las boyas, podrían usarse para la conversión pasiva de energía eléctrica", dice. "Usted tiene agua salada que fluye en sus venas en pulsos periódicos. Eso podría usarse para generarelectricidad para alimentar implantes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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