Recogida de energía de agua de doble fase líquido-gas a través de superficies de Janus inspiradas en la hoja de loto

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Recopilación de energía (Energy Harvesting)
• Energía renovable Energía renovable.

Sus antecedentes:

• Los recolectores de energía hídrica existentes a menudo utilizan solo una fase de agua (líquido o gas), lo que lleva a una captura ineficiente de energía del ciclo hidrológico.
• La electrónica distribuida de baja potencia requiere fuentes de energía sostenibles, especialmente en ubicaciones remotas o fuera de la red.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un recolector de energía hídrica de doble fase que utilice simultáneamente agua en fase líquida y gas para la generación de energía.
• Para superar las limitaciones de los recolectores de energía hídrica monofásicos y mejorar la eficiencia de la utilización de la energía del ciclo hidrológico.

Principales métodos:

• El dispositivo emplea una estrategia de humectación Janus, inspirada en las hojas de loto, con distintas superficies hidrofóbicas e hidrofílicas.
• La superficie hidrofóbica convierte la energía cinética de las gotas de agua en electricidad pulsada.
• La superficie hidrófila con hidrogeles iónicos absorbe la humedad atmosférica, generando electricidad continua a través de gradientes de concentración de iones y potenciales electroquímicos.

Principales resultados:

• La cosechadora de doble fase alcanza una densidad de potencia máxima de 78.91 μW cm−2.2.
• Una matriz de 36 cm × 28 cm demostró la capacidad de generar una tensión continua de 8,2 V y una corriente de 5,6 mA.
• Bajo lluvia (16,5 mm min-1), se registraron pulsos de tensión transitorios superpuestos de hasta 150 V y corrientes pulsadas de 0,3 mA, suficientes para alimentar dispositivos como lámparas de carretera y teléfonos móviles.

Conclusiones:

• El desarrollado recolector de energía de agua de gas líquido de doble fase ofrece un avance significativo en la generación de energía habilitada para el agua.
• Su escalabilidad y capacidad para generar electricidad continua e pulsada lo convierten en una solución prometedora para alimentar dispositivos de Internet de las Cosas (IoT) fuera de la red en entornos ricos en agua.