Investigadores suecos desarrollan tejidos que generan electricidad incluso mojados

Cualquiera que haya visto a la científica sueca Anja Lund trabajando en un stepper aeróbico podría haber pensado que era una forma extraña de ponerse en forma. Pero Lund no estaba haciendo ejercicio, sino tratando de simular una caminata rápida bajo la lluvia.

La idea era probar la respuesta de un material experimental a la humedad. Es por eso que empapó la correa del brazo con agua del grifo, con la esperanza de que la tela especial generadora de electricidad que ella y su equipo desarrollan no solo seguiría produciendo energía estando mojada, sino que generara más electricidad.

"La razón por la que nos enfocamos en la funcionalidad bajo el agua es que la mayoría de los textiles electrónicos tienen una estructura que significa que probablemente dejarán de funcionar cuando estén húmedos", dijo. "Para uso práctico, es importante que este textil pueda resistir el mal tiempo y el lavado, como se esperaría de otros textiles”.

“Nuestros textiles se pueden usar en una correa para el hombro, pero también se pueden producir a mayor escala y se pueden usar en tapicerías, esteras o como relleno en estructuras compuestas. Cuanto mayor sea el textil, más energía producirá ".

El concepto de electrónica portátil o de textiles electrónicos no es nuevo, pero los esfuerzos para mejorarlos con fuentes de energía prácticas e innovadoras son una búsqueda en curso, que se hace más importante ahora.

El cambio climático ha llevado a los investigadores a tratar de idear nuevas fuentes de energía limpia que enfaticen la comodidad, la utilidad y la sostenibilidad, en particular, las nuevas opciones en baterías.

Las baterías alcalinas convencionales o de ion-litio generalmente terminan en pilas de desecho, donde corren el riesgo de filtrar materiales tóxicos al suelo. Además, son pesadas, voluminosas y rígidas, por lo que son engorrosas de usar.

Varios grupos de científicos, con diferentes enfoques, han estado trabajando para diseñar alternativas funcionales a las baterías convencionales que utilizan telas o hilados.

"Desarrollamos baterías de hilo portátiles y de alto rendimiento que se pueden tejer en textiles inteligentes", dijo Chunyi Zhi, un científico de materiales de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, cuyo equipo ha producido una batería recargable hecha de hilo que es resistente al agua, y que puede funcionar incluso si se corta en trozos pequeños.

"Se puede integrar fácilmente ... en productos electrónicos flexibles, telas inteligentes y ropa inteligente" y mantiene su poder incluso cuando está "doblado, estirado, golpeado o incluso lavado con agua", dijo.

Lund y su colega Christian Müller, ambos investigadores de la Universidad Tecnológica Chalmers, en Suecia, crearon un tejido que convierte la energía cinética en electricidad y funciona mejor cuando está mojado, lo que significa que alguien que use el textil podría generar energía yendo a caminar bajo la lluvia. "¿No sería genial usar tu chaqueta o calcetines como fuentes de energía, solo poniéndotelos mientras realizas tus tareas diarias?", dijo Lund.

La tecnología utilizada por el grupo de Lund para su tejido se basa en el efecto piezoeléctrico, es decir, la generación de electricidad cuando los materiales se estiran o se comprimen. Ella produjo su tejido después de hacer girar un polímero con un hilo conductor eléctrico. "Descubrimos que el hilado de fibra es una excelente forma de hacerlo, ya que implica estirar el material muchas veces", dijo.

"Una vez que desarrollamos las fibras, comenzamos a buscar aplicaciones prácticas para ellas", agregó. "Descubrimos que pueden funcionar como sensores, por ejemplo, si se teje una banda del tejido y se coloca alrededor del cofre, el textil detectará los pequeños movimientos debidos al latido del corazón y generará señales eléctricas en respuesta".

El único desafío que queda para el equipo sueco antes de la implementación práctica implica la interfaz entre los textiles suaves y los electrónicos convencionales duros, como relojes, computadoras portátiles y teléfonos inteligentes. Están trabajando en "cómo conectar estos dos sin romper el tejido, o sin que la electrónica convencional se arruine con el agua", dijo Lund.

Para la batería de hilo recargable, los científicos chinos trenzaron las fibras de nanotubos de carbono en un hilo, luego recubrieron una pieza de hilo con zinc para formar un ánodo y otra con óxido de magnesio para formar un cátodo. Luego torcieron ambas piezas como una doble hélice. La batería era estable, recargable e impermeable, dijeron los investigadores. También podría cortarse en varias piezas, cada una de las cuales podría alimentar un reloj.

"En comparación con las baterías de ion-litio tradicionales que adolecen de problemas intrínsecos de seguridad y altos costes, esta batería de hilo puede funcionar bien en diversas condiciones severas, como cortes, dobladuras, estiramientos o incluso empapado en agua, lo que demuestra un rendimiento de seguridad mucho mayor, buen tejido de punto, con alta capacidad de estiramiento y excelente rendimiento a prueba de agua", dijo Zhi. "Después de sumergirme en agua durante 12 horas, la batería retuvo el 96,5% de su capacidad inicial".

Los científicos suecos describieron su trabajo en un artículo reciente publicado en la revista Flexible Electronics. El estudio de científicos de Hong Kong apareció en una edición reciente de ACS Nano, una publicación de la American Chemical Society.

Ambos equipos de investigadores creen que sus ingeniosas baterías pueden ampliarse fácilmente para un uso generalizado a un costo razonable. A pesar de la tecnología avanzada que subyace al material piezoeléctrico, el coste es relativamente bajo, comparable, por ejemplo, al precio de GORE-TEX®, el material impermeable y transpirable utilizado en la ropa deportiva, dijo Lund. "El hilo se puede tejer en telares industriales y es lo suficientemente resistente al desgaste para hacer frente a las duras condiciones de la producción en masa", dijo.

El equipo necesario para producir en masa la batería de hilo está ampliamente disponible y es económico, dijo Zhi. Las materias primas también son de bajo precio, además de ser seguras y ecológicas. "Es difícil estimar el coste de ampliar estas baterías, pero debería ser menor que el de las baterías de ion-litio convencionales porque la batería de hilo utiliza materiales de muy bajo costo", dijo.