Fibra de nanotubos de carbono que gera energia atinge novo patamar

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/01/2023

Ganho de eficincia

H alguns anos, a equipe do professor Ray Baughman, da Universidade do Texas, sintetizou uma fibra que produz eletricidade ao ser torcida.

Batizadas de twistrons, essas fibras feitas de nanotubos de carbono logo se transformaram em msculos artificiais eletromecnicos e, finalmente, em mais uma opo de colheita de energia a partir do movimento.

De fato, essas fibras so muito versteis: Costuradas em tecidos elas podem sentir e tirar proveito do movimento humano; postas em gua salgada, elas podem coletar energia do movimento das ondas do mar; e tambm podem carregar supercapacitores e baterias.

Agora a equipe fez novas melhorias que elevaram a eficincia de converso de energia para 17,4% para colheita da energia de trao (alongamento) e 22,4% para colheita da energia de toro – as verses anteriores atingiam uma eficincia mxima de converso de energia de 7,6% para ambos os movimentos.

E nem precisou mexer nas fibras em si: Tudo o que foi necessrio foi mont-las de forma diferente, o que permitiu de tirar maior proveito de todo o seu potencial terico.

Tecelagem nanotecnolgica

As verses anteriores das twistrons eram altamente elsticas, o que era feito introduzindo tanta toro que os fios se enrolam como uma mola. A eletricidade gerada pelos fios enrolados, esticando-os e soltando-os repetidamente, ou torcendo-os e destorcendo-os.

Nesta nova verso, as fibras no so torcidas a ponto de enrolar; em vez disso, trs linhas individuais de fibras de nanotubos de carbono foram entrelaadas para fazer um nico fio, semelhante forma como os fios convencionais usados para costurar – mas com um toque diferente.

“As linhas usadas em tecidos normalmente so feitas com fios individuais que so torcidos em uma direo e depois dobrados juntos na direo oposta para fazer o fio final. Essa construo heteroquiral fornece estabilidade contra destoro,” explicou o professor Baughman. “Em contraste, nossos twistrons de nanotubos de carbono de alto desempenho tm a mesma mo de toro e dobra – eles so homoquirais, em vez de heteroquirais.”

Segundo a equipe, o desempenho aprimorado dos twistrons dobrados em camadas resulta da compresso lateral da linha quando ela estica ou torce. Esse processo coloca as camadas em contato umas com as outras de uma forma que afeta as propriedades eltricas do fio.

“Nossos materiais fazem algo muito incomum,” disse Baughman. “Quando voc os estica, em vez de se tornarem menos densos, eles se tornam mais densos. Essa densificao aproxima os nanotubos de carbono e contribui para sua capacidade de captao de energia. Temos uma grande equipe de tericos e experimentalistas tentando entender mais completamente por que ns obtivemos resultados to bons.”

Testes prticos

A equipe realizou vrios experimentos de prova de conceito usando twistrons de trs camadas.

Em uma demonstrao, eles simularam a gerao de eletricidade a partir das ondas do mar, prendendo um twistron de trs camadas entre um balo e o fundo de um aqurio cheio de gua salgada.

Eles tambm organizaram vrios twistrons dobrados em uma matriz pesando apenas 3,2 miligramas e os esticaram repetidamente para carregar um supercapacitor, que obteve energia suficiente para alimentar cinco LEDs, um relgio digital e um sensor digital de umidade/temperatura.

A equipe tambm costurou os fios de nanotubos de carbono em um pedao de tecido de algodo, que foi ento enrolado ao redor do cotovelo de uma pessoa. Sinais eltricos foram gerados conforme a pessoa dobrava repetidamente o cotovelo, demonstrando o uso potencial das fibras para detectar e coletar energia do movimento humano.

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