¿Qué es el efecto triboeléctrico y cuáles son sus aplicaciones?

Imagina por un momento que tus guantes o tus zapatos fueran una fuente de energía que alimentase wearables, sensores o tu reloj inteligente. Esa es la promesa de la triboelectricidad y los nuevos TENG, es decir, nanogeneradores triboeléctricos. Energías renovables como la eólica o la fotovoltaica cobran un protagonismo cada vez mayor en el mix energético, pero existen otras más desconocidas que también podrían contribuir a su manera, algunas a gran escala como la energía de las mareas o las olas y otras en el entorno doméstico como la triboelectricidad. El efecto triboeléctrico no es más que lo que conocemos cono electricidad estática. La diferencia es que las últimas investigaciones están descubriendo nuevas formas de aprovecharla. Al integrarse en fibras textiles o incluso en el suelo, puede convertir los objetos más insospechados en fuentes de electricidad limpia.  

Aplicaciones del efecto triboeléctrico

• Suelos con una capa triboeléctrica conectados a dispositivos IoT
• Sensores en ropa inteligente para medir señales vitales
• Zapatos capaces de monitorizar el ejercicio físico
• Sensores autónomos como detectores de incendios forestales
• Sensores táctiles
• Sensores de polvo y partículas
• Alimentación de LED

¿Cómo funcionan los nanogeneradores triboeléctricos?

Normalmente, el efecto triboeléctrico se produce con el roce entre dos superficies, en la que una cede electrones a la otra. Es lo que sucede a veces al pasar un peine por el cabello o quitarse un jersey. Los nanogeneradores triboeléctricos, cuya primera propuesta teórica data de principios de la década pasada, aprovechan este principio para alimentar sensores en miniatura. Un TENG básico contiene cuatro capas. La superior se encarga de liberar electrones, la intermedia los atrapa y la inferior los recoge. Las tres, a su vez, están cubiertas por otra capa que ejerce de batería donde se almacena la corriente generada, que debe transformarse de alterna (AC) a continua (DC).

Para optimizar el funcionamiento de la capa encargada de liberar electrones de un TENG se recurre a materiales específicos como los lípidos o el nylon. Sin embargo, lo que verdaderamente determina su eficiencia es su morfología. Es decir, si a gran escala la rugosidad contribuye a potenciar la fricción y liberación de electrones, este principio se traslada a la nanoescala. Los TENG de última generación utilizan microestructuras para generar más electricidad, ya que estos microrrelieves multiplican exponencialmente la superficie de contacto. Posteriormente, el relieve de una capa triboeléctrica recibe diversos tratamientos como la exposición a una corriente de aire ionizada negativamente o un tratamiento de plasma que incrementan más aún su capacidad eléctrica.

La fricción no es la única manera de aprovechar el potencial triboeléctrico. Por ejemplo, una membrana triboeléctrica puede generar una corriente gracias al impacto de las gotas de lluvia.

Triboelectricidad en sensores

Las corrientes generadas por este tipo de dispositivos son muy débiles, en su mayor parte medidas en milivatios. Sin embargo, esta cantidad de energía basta para alimentar un LED o dispositivos integrados en ropa inteligente como zapatos o camisetas. Además, un sistema triboeléctrico no tiene por qué destinarse a la generación de electricidad para alimentar otros dispositivos. El hecho de que se active por medio de la fricción o de presión mecánica lo convierte en candidato idóneo para ejercer de sensores. Por ejemplo, una piel artificial puede registrar el tacto gracias a una capa triboeléctrica. Además, generan corriente cuando se les somete a torsión o se estiran, lo que permite monitorizar los movimientos de articulaciones. 

Los TENG son dispositivos de diseño complejos, pero tienen infinitas aplicaciones, tanto para su uso en wearables como su integración en sensores autónomos que pueden operar en contextos tan dispares como el hogar, un bosque o el mar.  

Fuente: Nature, Frontiers in Mechanical Engineering

Imagen: Georgia Tech