Los nanogeneradores pueden transformar la energía mecánica ambiental—vibraciones, el flujo de fluidos, e incluso el movimiento biológico—en una fuente de energía. Un grupo de investigadores acaban de combinar un nanogenerador con una célula solar para así crear un dispositivo de recolección de energía solar y mecánica. Este generador híbrido es el primero de su clase y podría utilizarse, por ejemplo, para proveer de energía a los sensores de los aviones, gracias a la captura de la luz solar y las vibraciones del motor.

Los nanogeneradores normalmente utilizar nanocables piezoeléctricos—estructuras de óxido de zinc del tamaño de un pelo que generan un potencial eléctrico al aplicárseles una tensión mecánica—para producir pequeñas cantidades de energía eléctrica. El primero de estos dispositivos fue creado por Zhong Lin Wang, profesor en Georgia Tech y director de Centro de Caracterización de Nanoestructuras que depende de dicha institución. Wang espera que los nanogeneradores sustituyan a las baterías que actualmente se usan en los sensores médicos, y que puedan generar la suficiente cantidad de energía para poder recargar aparatos electrónicos personales de mayor tamaños.

Si se comparan con las células solares, los nanogeneradores suponen una forma relativamente poco eficaz de capturar energía, comenta Wang, aunque “a veces la energía solar no está disponible.” Esto es lo que le llevó a colaborar con Xudong Wang, profesor asistente de ingeniería y ciencia de los materiales en la Universidad de Wisconsin-Madison, para juntos elaborar el nuevo dispositivo híbrido.

Dicho dispositivo combina dos tecnologías desarrolladas con anterioridad en un sustrato de silicio con distintas capas. Ambas tecnologías están basadas en nanocables de óxido de zinc. La capa superficial consiste en una fina película de célula solar en la que se incrustan nanocables tintados de óxido de zinc. El área de mayor tamaño de los nanocables es la que activa la captura de luz en el dispositivo, siguiendo un diseño creado por Peidong Yang, profesor de química en la Universidad de California, Berkeley. La capa del fondo contiene el nanogenerador de Wang. En la parte de abajo del silicio se encuentra una serie de nanocables de óxido de zinc con una capa de polímeros y dispuestos como si fueran una fila de dientes. Cuando el dispositivo se expone a algún tipo de vibración, estos “dientes” arañan una serie de nanocables de óxido de zinc dispuestos de forma vertical, lo que acaba creando un potencial eléctrico.

La célula solar y el nanogenerador están conectados eléctricamente a través del sustrato de silicio, que actúa como el ánodo de la célula solar y el cátodo del nanogenerador. Es posible alinear un amplio número de células solares y nanogeneradores, pero al integrarlos en un mismo sistema se ocupa menos espacio y, en consecuencia, se aumenta el rendimiento energético. Este prototipo del dispositivo puede generar 0.6 voltios de energía solar y 10 milivóltios de energía piezoeléctrica. Aunque el prototipo sólo disponía de un nanogenerador, Wang espera poder incrementar su capacidad de eléctrica mediante la creación de un dispositivo con múltiples capas de nanogeneradores. Según Wang, una de las primeras aplicaciones que podrían dársele a estos dispositivos sería la fabricación de sensores para aviones militares. Recientemente, las Fuerzas Aéreas de Estados Unidos hicieron un llamamiento para la aplicación de fondos de investigación en propuestas relacionadas con dispositivos híbridos de captura de energía.

Charles Lieber, profesor de química en la Universidad de Harvard, comenta que el dispositivo de Wang es “creativo” y, por lo que él sabe, es el primer nanodispositivo híbrido capaz de recolectar dos tipos de energía. “Eso es algo de gran importancia, puesto que uno puede funcionar usando la luz, y el otro funciona en la oscuridad,” señala Lieber. Se espera que los estudios de Wang motiven a otros investigadores para que enfoquen sus trabajos en crear nanogeneradores híbridos, así como en fabricar dispositivos que combinen los nanogeneradores con “capacidad adicional para almacenar la energía que generen.”