Un equipo de investigación de la Universidad de Arkansas, Estados Unidos, creó un circuito que tiene el potencial de generar energía infinitamente, limpia e inofensiva para el medio ambiente, utilizando grafeno, una sustancia que combina carbono con alta conductividad térmica. Al capturar el movimiento térmico del grafeno, el circuito lo convierte en una corriente eléctrica. El componente podría incorporarse en un chip para crear una batería que proporcione energía limpia, ilimitada y de bajo voltaje para pequeños dispositivos o sensores.
El grupo utilizó un campo emergente de la termodinámica, también apoyados en una teoría de hace un siglo, para demostrar que los diodos aumentan la potencia del circuito. El descubrimiento de que el movimiento térmico del grafeno se puede convertir en corriente eléctrica es un fenómeno que alguna vez se consideró imposible.
Cambiando paradigmas
La idea de recolectar energía del grafeno es controvertida. Refuta la conocida afirmación del físico Richard Feynman de que el movimiento térmico de los átomos, conocido, como movimiento browniano, no puede funcionar.
En la década de los años cincuenta, el físico Léon Brillouin publicó un artículo histórico que refutaba la idea de que agregar un solo diodo, una puerta eléctrica unidireccional, a un circuito era la solución para recolectar energía del movimiento browniano.
Sabiendo esto, el grupo construyó su circuito con dos diodos para convertir corriente alterca (CA) en corriente continua (CC). Con los diodos en oposición y permitiendo que la corriente fluya en ambos sentidos, proporcionan caminos separados a través del circuito. Esto produce una corriente continua pulsante que realiza el trabajo en una resistencia de carga.
El equipo de investigación descubrió que el movimiento térmico del grafeno induce corriente alterna en el circuito a temperatura ambiente. La energía eléctrica se genera creando una corriente continua pulsada que actúa sobre la resistencia de carga en el circuito. Además, el circuito está diseñado para aumentar la cantidad de energía suministrada, en lugar de disminuirla, cambiando la dirección de la corriente con un diodo.
Parecía imposible
“Descubrimos que el diseño aumentaba la cantidad de energía entregada, dijo Paul Thibado, profesor de física e investigador principal del equipo. «Encontramos que el comportamiento de encendido y apagado de los diodos amplifica la potencia entregada, en lugar de reducirla, como se pensaba anteriormente. La tasa de cambio en la resistencia proporcionada por los diodos agrega un factor adicional a la potencia», explicó.
«Para probar esta mejora de poder, nos basamos en el campo emergente de la termodinámica estocástica y ampliamos la célebre teoría de Nyquist de casi un siglo de antigüedad», dijo el coautor Pradeep Kumar, profesor asociado de física.
Sin violar la Ley de Termodinámica
Según Kumar, el grafeno y el circuito comparten una relación simbiótica. Aunque el entorno térmico está trabajando en la resistencia de carga, el grafeno y el circuito están a la misma temperatura. Entonces el calor no fluye entre los dos.
Esa es una distinción importante, explicó Thibado. Una diferencia de temperatura entre el grafeno y el circuito, que produce energía, contradeciría la Segunda Ley de la Termodinámica. «Esto significa que no se viola la Segunda Ley de la Termodinámica«, explicó.
El equipo de investigación de la Universidad de Arkansas se ha propuesto como próximo objetivo «hacer el circuito más pequeño«, y la investigación ya ha comenzado. «Si conseguimos miniaturizar el circuito y podemos montar millones de circuitos en un chip de 1 x 1 mm, será posible utilizarlo como una nueva batería de bajo consumo«, dijo Thibado.
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