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Um grupo de pesquisa internacional projetou um novo dispositivo de geração de energia combinando compósitos piezoelétricos com polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP), um material comumente usado que é leve e forte. O novo dispositivo transforma as vibrações do ambiente ao redor em eletricidade, fornecendo um meio eficiente e confiável para sensores autoalimentados.
Detalhes da pesquisa do grupo foram publicados na revista Nanoenergia em 13 de junho de 2023.
A coleta de energia envolve a conversão de energia do meio ambiente em energia elétrica utilizável e é algo crucial para garantir um futuro sustentável.
“Itens do dia a dia, de geladeiras a lâmpadas de rua, estão conectados à internet como parte da Internet das Coisas (IoT), e muitos deles são equipados com sensores que coletam dados”, diz Fumio Narita, coautor do estudo e professor da Escola de Pós-Graduação em Estudos Ambientais da Universidade de Tohoku. “Mas esses dispositivos IoT precisam de energia para funcionar, o que é um desafio se estiverem em locais remotos ou se houver muitos deles”.
Os raios do sol, o calor e a vibração podem gerar energia elétrica. A energia vibracional pode ser utilizada graças à capacidade dos materiais piezoelétricos de gerar eletricidade quando fisicamente estressados. Enquanto isso, o CFRP se presta a aplicações nas indústrias aeroespacial e automotiva, equipamentos esportivos e equipamentos médicos devido à sua durabilidade e leveza.
“Pensamos se um coletor de energia de vibração piezoelétrica (PVEH), aproveitando a robustez do CFRP junto com um composto piezoelétrico, poderia ser um meio mais eficiente e durável de coletar energia”, diz Narita.
O grupo fabricou o dispositivo usando uma combinação de nanopartículas de CFRP e niobato de sódio e potássio (KNN) misturadas com resina epóxi. O CFRP serviu tanto como eletrodo quanto como substrato de reforço.
O chamado dispositivo C-PVEH atendeu às suas expectativas. Testes e simulações revelaram que ele poderia manter alto desempenho mesmo depois de ser dobrado mais de 100.000 vezes. Ele provou ser capaz de armazenar a eletricidade gerada e alimentar as luzes LED. Além disso, superou outros compostos de polímero baseados em KNN em termos de densidade de saída de energia.
O C-PVEH ajudará a impulsionar o desenvolvimento de sensores IoT autoalimentados, levando a dispositivos IoT com maior eficiência energética.
Narita e seus colegas também estão entusiasmados com os avanços tecnológicos de sua descoberta. “Assim como os benefícios sociais de nosso dispositivo C-PVEH, estamos entusiasmados com as contribuições que fizemos para o campo de coleta de energia e tecnologia de sensores. A combinação de excelente densidade de saída de energia e alta resiliência pode orientar pesquisas futuras em outros compostos materiais para diversas aplicações.”
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