Um time de pesquisadores das universidades de Penn State, Minjiang e Nanjing quer desenvolver dispositivos vestíveis alimentados por microssupercapacitores como alternativa às baterias de lítio utilizadas hoje na geração de energia para dispositivos. O principal benefício disso, segundo eles, é o de que movimentos do corpo e respiração poderiam gerar a energia necessária para manter os dispositivos funcionando.

O estudo, liderado pelos professores Huanyu “Larry” Cheng e Dorothy Quiggle, do Centro de Desenvolvimento de Carreiras da Universidade Penn State, foi publicado no jornal científico Nano Energy.

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Novo método de geração de energia consegue criar carga com base no movimento do corpo
Novo método de geração de energia consegue criar carga com base no movimento do corpo. Imagem: Penn State College of Engineering/Divulgação

“Isso é algo bem diferente do que já havíamos trabalhado antes, mas é uma parte essencial da equação”, disse Cheng, ao ressaltar que seu grupo está focado em desenvolver esses tipos de sensores em dispositivos vestíveis. “Quando trabalhamos em sensores de gás ou outras tecnologias vestíveis, nós sempre temos que combinar esses elementos com alguma bateria para gerar energia. Usar os microssupercapacitores nos dá a capacidade de criar energia autônoma, sem a necessidade de uma bateria”.

Segundo Cheng, as baterias e capacitores atualmente empregados em aparelhos de monitoramento de saúde e dispositivos vestíveis trazem diversas fraquezas, como por exemplo a baixa densidade energética e uma capacidade limitada de expansão física (em outras palavras: esticar ou contrair).

Método de geração de energia autônoma, com base nos movimentos do corpo
Representação visual de como a composição é montada para a geração autônoma de energia, segundo os pesquisadores. Imagem: Penn State College of Engineering/Divulgação

É aí que entram os microssupercapacitores: como dispositivos de armazenamento de energia, eles podem substituir baterias de íon-lítio, mas com o benefício extra de trazer uma pegada de carbono menor, maior densidade energética, bem como a recarga e descarga rápida.

O problema, segundo Cheng, é que se aplicados em dispositivos vestíveis, os capacitores seriam agrupados em um formato similar ao um “sanduíche”, o que limitaria a sua flexibilidade e tornaria a integração de processos muito complexa.

O objetivo da pesquisa, então, é de agrupar capacitores em um formato “serpenteado” nas conexões diretas. Assim, a configuração ganha maior capacidade de esticar, entortar ou retrair, mas sem deformação aos microssupercapacitores. Ao combinar várias configurações do tipo, elas formam o que os especialistas chamaram de “matriz de microssupercapacitores”.

“Ao usarmos o design de conexão ‘serpenteado’ nas células, essas matrizes exibem maior flexibilidade, permitindo a implementação de um maior e mais ajustável desempenho de voltagem”, comentou Cheng. “Isso permite que todo o sistema possa ser inversamente esticado em até 100% de sua capacidade”.

Método de geração de energia

A composição de toda a configuração energética é onde o “charme” do estudo reside, segundo os especialistas. Eles utilizaram uma nano-cobertura ultrafina, feita de um composto de zinco e fósforo, além de uma espuma de grafeno em 3D (um material altamente poroso, porém de aquecimento autossuficiente) para construir as conexões das células.

Isso permitiu à equipe identificar enormes ganhos na condutividade elétrica e no número de íons carregados absorvidos, provando que os microssupercapacitores trazem uma gestão mais eficiente de energia para dispositivos vestíveis.

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Com a pesquisa dos cientistas da Penn State, dispositivos vestíveis podem não mais precisar de recarga externa de suas baterias. Imagem: inewsfoto/Shutterstock

Integrado à composição acima está um nanogerador triboelétrico – triboeletricidade é o tipo de eletricidade estática gerada pelo atrito de dois corpos, por exemplo, quando você esfrega uma bexiga cheia no cabelo. Essa tecnologia permite a conversão do movimento mecânico em energia. Em outras palavras: um sistema cuja energia é gerada por conta própria.

“Com esse módulo sem fio de carga baseado no nanogerador triboelétrico, nós pudemos gerar energia baseada no movimento, como dobrar seus cotovelos ou respirar e até mesmo falar”, explicou Cheng. “Nós somos capazes de utilizar esses movimentos humanos rotineiros para carregar os microssupercapacitores”.

Fonte: Nano Energy