En 2012, un equipo de investigación en el Instituto de Tecnología de Georgia dirigido por el profesor Zhang Lin Wang fabricó el primer paquete de auto-carga de energía o batería de auto-carga, que puede cargarse sin ser conectado a un enchufe de pared u otra fuente de la electricidad. En lugar de ello, la batería se carga mediante la aplicación de una tensión mecánica, lo que hace que los iones de litio migren desde el cátodo al ánodo debido por el efecto “piezoeléctrico”. Ahora los investigadores han mejorado la batería mediante la adición de nanopartículas de material piezoeléctrico, lo que resultó en una considerable mejora de la eficiencia de carga y capacidad de almacenamiento.
Wang, Yan Zhang y sus colegas de la Universidad de Lanzhou, la Universidad del Noreste en Shenyang, y la Academia China de Ciencias en Pekín, y el Instituto de Tecnología de Georgia, han publicado un documento sobre la batería de auto-carga mejorada con nanotecnología.
La batería de auto-carga es de varios cientos de micrómetros de espesor y se ajusta dentro de una célula, tipo moneda, de acero inoxidable. Al colocarlo debajo de los botones de una calculadora, por ejemplo, la energía mecánica generada pulsando un botón, se puede convertir al mismo tiempo en energía química, la cual se almacena en la batería. Los investigadores prevén que la batería podrá algún día alimentar a la gran variedad de dispositivos electrónicos pequeños y portátiles.
Las células de energía de auto-carga obtenidas por deformación mecánica y vibraciones del ambiente, tienen posibles aplicaciones en los sistemas auto amplificados de sensores, así como la electrónica flexible y portátil, como teléfonos móviles flexibles y sistemas de vigilancia de la salud humana, afirman los científicos.
La capacidad de la batería de auto-carga para convertir y almacenar energía es lo que lo diferencia de las baterías convencionales cuya única finalidad es la de almacenar la energía. En las convencionales, el primer paso para la conversión de energía (tales como mecánica a eléctrica) se realiza casi siempre por un dispositivo separado. La batería de auto-carga evita por completo el paso intermedio para convertir la electricidad, lo que resulta en una conversión y proceso de almacenamiento más eficiente que si se utilizan dos dispositivos separados.
Para transformar una batería de Li-ion convencional en una de auto-carga, los investigadores reemplazaron el separador de polietileno que normalmente separa los dos electrodos en una batería Li-ion, con un material piezoeléctrico que genera una carga cuando está bajo una tensión aplicada. En la versión de 2012, este material era una película de PVDF. En el nuevo estudio, los investigadores agregaron nanopartículas de plomo zirconato titanato (PZT) para la película PVDF para crear un nanocompuesto.
La adición de la PZT se traduce en mejoras significativas en el rendimiento, a saber, la eficiencia y capacidad de almacenamiento de la batería superó a la versión anterior en 2,5 veces.
Las mejoras demuestran que una película de nanocompuesto puede mejorar el rendimiento de las baterías de auto-carga, y los investigadores planean realizar nuevas mejoras en el futuro.
Para Zhang, es necesario, todavía, entender profundamente el progreso exacto de carga mediante las reacciones electroquímicas en los dos electrodos, para mejorar el rendimiento de las células de energía de auto-carga.