Resumen:
Un equipo de investigación de SUNY Binghamton ha desarrollado un papel tapiz "higroeléctrico" a base de papel que absorbe la humedad del aire y genera una pequeña cantidad de electricidad mientras amortigua los cambios de humedad interior. La investigación relevante se publicó en Advanced Energy Materials. El equipo dijo que su objetivo no es reemplazar la red o la energía solar en los tejados, sino alimentar dispositivos de Internet de las cosas de bajo consumo, como sensores ambientales y módulos inalámbricos, y explorar la posibilidad de permitir que las paredes tengan funciones de recolección de energía y regulación de la humedad.
Este prototipo no es un papel tapiz disponible comercialmente, sino que está basado en papel de cromatografía de laboratorio de aproximadamente 340 micrones de espesor. Cada unidad de generación de energía, de unos 2 cm cuadrados, está dividida en tres zonas: los bordes están recubiertos de glicerina, que se encarga de absorber el vapor de agua del aire; la zona media contiene polivinilpirrolidona (PVP), que utiliza poros más pequeños y una fuerte capacidad de absorción de agua para guiar la humedad hacia el interior; el centro está tratado con cera, lo que dificulta el paso del agua líquida, pero el vapor de agua aún puede escapar a través de los microporos. Los investigadores fabricaron electrodos con tinta de grafito y conectaron las unidades a través de vías láser llenas de pasta de plata, con los circuitos ocultos en la parte posterior del papel.
La electricidad proviene de un proceso continuo de absorción de humedad, transporte interno de agua y evaporación central. Las moléculas de agua interactúan con grupos químicos en glicerina, celulosa y PVP para liberar protones, formando una diferencia de concentración de iones entre los bordes y el centro, lo que hace que las partículas cargadas se muevan y establezcan un voltaje, y luego el electrodo de grafito recoge la corriente. El equipo colocó la zona higroscópica en la periferia y la zona de evaporación en el centro, permitiendo que la humedad se moviera direccionalmente a lo largo de la superficie de la lámina. La capa de cera no está completamente sellada, pero bloquea selectivamente el agua líquida y permite que escape el vapor de agua para mantener el gradiente de humedad.
En condiciones de prueba de 80 % de humedad relativa, una sola unidad genera un voltaje de aproximadamente 0,34 voltios, con una densidad de potencia máxima de aproximadamente 2,2 microvatios por centímetro cuadrado, que es aproximadamente 0,55 microvatios por centímetro cuadrado según la huella total de la unidad de 4 centímetros cuadrados; la salida permanece estable durante aproximadamente 90 minutos. Cuanto mayor sea la humedad, más humedad absorberá la unidad y mayor será el rendimiento general. Cuando se conectan 10 unidades en serie, el voltaje con una humedad relativa del 80% es de aproximadamente 2,9 voltios; cuando se conectan 10 unidades en paralelo, la corriente es de aproximadamente 240 microamperios. El documento señala que la densidad de potencia de toda la huella del papel tapiz aún es baja y que el diseño geométrico existente aún no se ha optimizado para la producción total.
Luego, el equipo de investigación formó un conjunto más grande de 1596 unidades, redujo la humedad interior a aproximadamente el 32 % en 15 minutos con una humedad relativa de aproximadamente el 38 % y demostró cómo alimentar un teclado inalámbrico; La demostración utilizó almacenamiento de energía en un condensador para liberar carga cuando el teclado estaba funcionando. En un experimento más pequeño, 35 unidades alimentaron el sensor de humedad durante unos 15 minutos. La investigación también probó el amortiguador de humedad en una caja sellada de 30 × 30 × 15 cm. 28 unidades redujeron la humedad del 75% al 50% en aproximadamente 4 minutos; El papel higroscópico puede liberar humedad en el aire seco, haciendo que la humedad aumente del 15% al 20% en aproximadamente 16 minutos. Estos resultados provienen de experimentos controlados y no pueden interpretarse directamente como deshumidificación a largo plazo o capacidades energéticas para toda una casa.
El equipo espera utilizar la impresión con cera, la pulverización, la serigrafía y el procesamiento láser para lograr un proceso de impresión completo, y cree que habrá oportunidades para ampliar la producción en el futuro. Pero actualmente, todavía se utiliza papel de laboratorio y las investigaciones aún tienen que demostrar la durabilidad del producto, la estabilidad cíclica a largo plazo o el rendimiento real en el hogar en diferentes condiciones de ventilación. Los investigadores también señalaron que aunque una mayor humedad puede aumentar la absorción de humedad y la generación de energía, cuando la humedad relativa se acerca al 90% al 95%, la diferencia de presión de vapor de agua requerida para la evaporación central puede debilitarse y la producción puede tender a estabilizarse o incluso disminuir.
Comentarios