Nuovo studio: creazione di un dispositivo elettrete a gel per generare energia

RomeUn team di ricercatori del NIMS, dell'Università di Hokkaido e dell'Università Farmaceutica Meiji ha sviluppato un nuovo gel in grado di trattenere una carica statica elevata. Hanno utilizzato questo gel insieme a elettrodi flessibili per creare un sensore. Questo sensore è capace di rilevare vibrazioni a bassa frequenza, come quelle generate dai movimenti umani, e convertirle in segnali di tensione.

Questo nuovo sensore può essere utilizzato nei dispositivi sanitari indossabili. C'è un crescente interesse per i materiali morbidi e leggeri che generano energia. Questi materiali sono essenziali per l'elettronica morbida in ambito sanitario e nei robot. I materiali elettreti, che mantengono una carica elettrica stabile, possono alimentare dispositivi senza la necessità di fonti di energia esterne.

Il team NIMS ha sviluppato un liquido stabile, funzionante a temperatura ambiente e con una struttura che comprende molecole di colorante e rami flessibili. Questo liquido trattiene bene la carica elettrica, può essere facilmente applicato ad altri materiali mediante pittura o immersione ed è semplice da modellare.

Utilizzare questi liquidi con elettrodi per creare dispositivi flessibili è complesso. È difficile mantenerli stabili e sigillarli correttamente, il che può provocare perdite. Inoltre, è fondamentale migliorare la loro capacità di trattenere una carica elettrica per ottimizzare la generazione di energia.

Il team ha recentemente prodotto un gel di alkyl-π aggiungendo una piccola quantità di una sostanza gelificante a un liquido alkyl-π. Questo gel risulta essere molto più elastico del liquido, ed è facile da fissare e sigillare. Quando hanno caricato elettricamente il gel per creare un gel-electret, ha mantenuto il 24% di carica in più rispetto al liquido. Questa migliore ritenzione di carica è dovuta al fatto che il gel trattiene le cariche in modo più efficace.

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La ricerca mette in evidenza numerosi risultati significativi.

• Il gel alkil-π è più elastico e facile da manipolare rispetto al liquido alkil-π.
• Il gel-elettrete trattiene il 24% in più di carica rispetto al liquido alkil-π.
• Il nuovo sensore rileva vibrazioni partire da 17 Hz.
• Il sensore genera l'83% in più di tensione rispetto a quello basato su liquido.

Il team ha utilizzato un gel combinato con elettrodi per creare un sensore in grado di percepire le vibrazioni. Questo sensore è capace di rilevare vibrazioni a partire da 17 Hz e le converte in un segnale elettrico di 600 mV. Tale segnale elettrico è dell'83% più forte rispetto a quello generato da un altro tipo di sensore che utilizza un liquido speciale.

Il team ha in programma di migliorare questa tecnologia sviluppando sensori indossabili in grado di rilevare piccole vibrazioni e diversi tipi di stress. Si concentreranno anche sull’aumento della capacità di accumulo di carica e sulla durata dei materiali impiegati, oltre a rafforzare il gel utilizzato.

Questo gel è riciclabile e può essere riutilizzato come materiale per sensori di vibrazioni. Ciò lo rende una scelta ecologica e contribuisce a promuovere un' economia sostenibile. I progressi in questa ricerca potrebbero portare a nuovi impieghi per la tecnologia indossabile e altri dispositivi elettronici flessibili.