A medida que avanza la tecnología IoT, la pregunta de cómo alimentar estos dispositivos, especialmente en lugares donde las fuentes eléctricas confiables son escasas, presenta un desafío significativo.
Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Utah han liderado un nuevo tipo de batería que podría ayudar a resolver este dilema. La solución, que se encuentra en la etapa de concepto, viene en forma de una celda piroelectroquímica (PEC).
Desarrollado por los profesores asociados de ingeniería mecánica Roseanne Warren y Shad Roundy, el dispositivo integrado cosecha energía térmica ambiental y la convierte en energía electroquímica almacenada. Esto efectivamente crea un supercondensador o batería, que podría ser ideal para aplicaciones de IoT y sensores.
Bajos niveles de energía
El dispositivo funciona cargándose con cambios en las temperaturas de su entorno, ya sea ubicado dentro de un vehículo, una aeronave, o incluso debajo de la tierra en un entorno agrícola.
“Estamos hablando de niveles muy bajos de cosecha de energía”, dijo Warren, “pero la capacidad de tener sensores que puedan ser distribuidos y no necesiten ser recargados en el campo es la principal ventaja. Exploramos la física básica de esto y descubrimos que podría generar una carga con un aumento de temperatura o una disminución de temperatura.”
Aunque las células solares pueden proporcionar una fuente de energía alternativa para dispositivos IoT, a menudo presentan problemas prácticos. “En muchos entornos, te enfrentas a dos problemas”, dijo Roundy. “Uno es que se ensucia con el tiempo. Las células solares deben mantenerse limpias. Así que en estos tipos de aplicaciones, se ensucian y su potencia se degrada. Y luego hay muchas aplicaciones donde simplemente no tienes luz solar disponible. Por ejemplo, trabajamos en sensores de suelo que colocamos justo debajo de la superficie superior del suelo. No vas a tener luz solar.”
Con el uso de un material compuesto piezoeléctrico hecho de fluoruro de polivinilideno poroso (PVDF) y nanopartículas de titanato de bario como separador en una celda electroquímica, las propiedades eléctricas del dispositivo cambian a medida que se calienta o se enfría. Esta acción modifica la polarización del separador piezoeléctrico. Esta variación de temperaturas a su vez crea un campo eléctrico dentro de la celda, moviendo iones y permitiendo que la celda almacene energía.
A pesar de que solo produce hasta 100 microjulios por centímetro cuadrado a partir de un ciclo de calentamiento/enfriamiento, esto podría ser suficiente para las necesidades de algunas aplicaciones de IoT.
El estudio, financiado por la Fundación Nacional de Ciencia, es el artículo de portada en la edición del 21 de marzo de la revista Energy & Environmental Science, publicada por la Royal Society of Chemistry.