Por Vitor Hugo Sarmento – Dpto. de Química – UFS

Pesquisadores da Coreia do Sul desenvolveram um método para transformar uma lixa comum em um eletrodo que gera corrente a partir de fricção. Este dispositivo, também conhecido como nanogerador triboelétrico, consegue converter energia mecânica em energia elétrica. Apesar do nome pouco comum, o fenômeno da triboeletricidade é simples de se explicar: ele é originado a partir do atrito de dois materiais. Quando isso ocorre, eles ficam “eletrizados”, ou seja, um fica carregado positivamente enquanto o outro fica carregado negativamente.

Essa tecnologia permitirá alimentar dispositivos portáteis de forma sustentável e desenvolver pequenos dispositivos que podem ser acionados sem fio e com a captação de energia do ambiente, portanto, sem a necessidade de recarregamento. Isso é especialmente útil para sensores incorporados que estão frequentemente localizados em lugares inacessíveis e que não possuem uma fonte de alimentação, como por exemplo, no interior de máquinas.

O nanogerador triboelétrico

O dispositivo desenvolvido pelos cientistas é constituído de um eletrodo de contato na forma de lixa revestida por uma solução de alumínio (AlH₃ {O(C₄H₉)₂} ). Anteriormente a essa etapa, a superfície da lixa passa por um pré-tratamento catalítico à base de isopropóxido de titânio para minimizar possíveis processos de decomposição da solução (ver Figura 01). A solução de alumínio, segundo os pesquisadores, pode ser aplicada em qualquer superfície rugosa, entretanto, a utilização da lixa é mais vantajosa por ela ser de baixo custo, flexível, durável e facilmente encontrada no comércio.

Figura 1 – Processo de revestimento de lixa para nanogerador triboelétrico

Sobre o eletrodo feito da lixa revestida (eletrodo de contato), é colocado um polímero elastômero (PDMS), semelhante a uma borracha. Esse polímero, como o próprio nome sugere, apresenta elasticidade, ou seja, deforma-se e rapidamente volta ao seu estado inicial.  O PDMS então fará contato com o eletrodo superior, que é composto por um filme de ouro (Au), e todo esse conjunto é “ensanduichado” por duas placas de acrílico separadas por quatro molas em cada canto, possibilitando que as placas mantenham-se na posição original quando a pressão aplicada para o contato é removida. A Figura 2 ilustra o esquema apresentado.

Figura 2 – Esquema ilustrativo do dispositivo

Como funciona?

O dispositivo gera energia elétrica a partir do atrito entre o contato dos materiais. Quando o polímero e a lixa revestida com a solução de alumínio entram em contato por meio da pressão sobre as placas acrílicas, ocorre o fenômeno da triboeletricidade (discutido anteriormente). Então, os elétrons na superfície da lixa são transferidos para a superfície do polímero, que fica carregado negativamente e, assim, gera uma corrente elétrica da parte superior para a inferior do eletrodo. Quando as superfícies são separadas pela força de recuperação das molas, o potencial elétrico entre os dois eletrodos é alterado, fazendo com que os elétrons da lixa revestida movam-se para o eletrodo de ouro superior e, consequentemente, a corrente flua do eletrodo de baixo para cima. Dessa forma, a repetição dos movimentos causa na lixa um fluxo alternado de corrente entre os eletrodos (ver Figura 3).

Figura 3 – Esquema ilustrativo da geração de corrente elétrica a partir do contato dos eletrodos

Os cientistas observaram que, quanto maior o número da granulometria da lixa (granulometria se refere ao número de grãos de areia por centímetro quadrado. Quanto maior a granulação, mais fina a lixa é), maior foi a corrente atingida. Além disso, o nanogerador triboelétrico mostrou excelente durabilidade contra atrito mecânico e mostrou-se capaz de fornecer energia elétrica para redes de sensores sem fio (WSNs) a baixo custo.

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