Sem baterias: Torça ou estique esta fibra e ela produz eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A fibra - aqui vista ao microscópio - é feita de nanotubos de carbono. [Imagem: Shi Hyeong Kim et al. - 10.1126/science.aam8771]

Twistron

Uma equipe internacional - da China, Coreia do Sul e EUA - desenvolveu fibras que geram eletricidade quando são esticadas ou torcidas, sem que precisem ser carregadas previamente em uma tomada.

O grupo vem trabalhando nestas fibras feitas de nanotubos há mais de uma década, e há pouco haviam conseguido transformá-las em um músculo artificial eletromecânico.

Agora batizadas de twistron, as fibras tornaram-se interessantes para a colheita de energia a partir do movimento - do andar de uma pessoa às ondas oceânicas. Por exemplo, quando costurados em uma roupa, fios tecidos com essa técnica podem ser usados para alimentar pequenos aparelhos e sensores.

"A maneira mais fácil de pensar em coletores de twistron é pegar m pedaço de fio, esticá-lo, e ele produz eletricidade," descreveu o professor Carter Haines, que já havia fabricado fibras de linhas de anzol para criar músculos artificiais superfortes.

Fibras que geram energia

As fibras são fabricadas a partir de nanotubos de carbono. Primeiro os nanotubos são tecidos na forma de fios, muito resistentes, leves e excelentes condutores de eletricidade. Para tornar os fios altamente elásticos, eles são torcidos ao extremo, em seguida contorcendo-se para formar uma fibra - como acontece se você ficar torcendo um elástico e depois permitir que ele se enrole sobre si mesmo.

Para gerar eletricidade, os fios devem ser submersos ou revestidos com um material ionicamente condutor, um eletrólito, que pode ser tão simples como uma mistura de sal de cozinha e água.

"Fundamentalmente, essas fibras são supercapacitores," disse o professor Na Li, membro da equipe. "Em um capacitor normal, você usa energia - tal como em uma bateria - para adicionar cargas ao capacitor. Mas, no nosso caso, quando você mergulha a fibra de nanotubos de carbono em um banho de eletrólito, os fios são carregados pelo próprio eletrólito. Não é necessário nenhuma bateria ou tensão externas."

Quando a fibra é torcida ou esticada, seu volume diminui, aproximando as cargas elétricas e aumentando sua energia. Isso aumenta a tensão associada à carga armazenada na fibra, permitindo a colheita de eletricidade.

Esquema do processo e fabricação e funcionamento das fibras geradoras de eletricidade. [Imagem: Shi Hyeong Kim et al. - 10.1126/science.aam8771]

Colheita de energia

Esticando ou torcendo as fibras 30 vezes por segundo gera-se 250 watts por quilograma de pico de energia elétrica quando normalizado para o peso da fibra.

"Embora inúmeras colheitadeiras alternativas tenham sido investigadas por muitas décadas, nenhuma outra fornece essa alta potência elétrica ou saída de energia por ciclo tão alta quanto a nossa para taxas de estiramento entre alguns poucos ciclos por segundo e 600 ciclos por segundo," disse o professor Ray Baughman.

Os números impressionam, mas não são práticos para aplicações de colheita de energia porque é difícil imaginar um processo mecânico natural que produza um movimento de tão alta frequência - as aplicações de colheita de energia envolvem processos como a respiração ou o andar humanos, o vento balançando uma folha ou as ondas do mar.

Mas o material também opera nessas aplicações de poucos hertz e ainda assim gera energia utilizável. No laboratório, uma fibra pesando menos do que uma mosca doméstica fez acender um pequeno LED cada vez que a fita era esticada. Os pesquisadores também teceram suas twistrons em uma camiseta. A respiração normal mostrou-se suficiente para esticar o fio e gerar um sinal elétrico.

"Os tecidos eletrônicos têm grande interesse comercial, mas como você vai alimentá-los?" comentou o professor Baughman. "A colheita de energia elétrica a partir do movimento humano é uma estratégia para eliminar a necessidade de baterias. Nossos fios produziram mais de 100 vezes mais potência elétrica por peso quando esticados do que outras fibras maleáveis relatadas na literatura".

Bibliografia:

Harvesting electrical energy from carbon nanotube yarn twist
Shi Hyeong Kim, Carter S. Haines, Na Li, Keon Jung Kim, Tae Jin Mun, Changsoon Choi, Jiangtao Di, Young Jun Oh, Juan Pablo Oviedo, Julia Bykova, Shaoli Fang, Nan Jiang, Zunfeng Liu, Run Wang, Prashant Kumar, Rui Qiao, Shashank Priya, Kyeongjae Cho, Moon Kim, Matthew Steven Lucas, Lawrence F. Drummy, Benji Maruyama, Dong Youn Lee, Xavier Lepró, Enlai Gao, Dawood Albarq, Raquel Ovalle-Robles, Seon Jeong Kim, Ray H. Baughman
Science
Vol.: 357, Issue 6353, pp. 773-778
DOI: 10.1126/science.aam8771