Crean un circuito que genera energía limpia e ilimitada a partir del grafeno

Un equipo de físicos de la Universidad de Arkansas ha desarrollado con éxito un circuito capaz de capturar el movimiento térmico del grafeno y convertirlo en una corriente eléctrica.

«Un circuito de recolección de energía basado en grafeno podría incorporarse en un chip para proporcionar energía limpia, ilimitada y de bajo voltaje para pequeños dispositivos o sensores», dijo en un comunicado Paul Thibado, profesor de física e investigador principal del descubrimiento.

Los hallazgos, publicados en la revista Physical Review E, son una prueba de una teoría que los físicos desarrollaron en la U de A hace tres años de que el grafeno independiente, una sola capa de átomos de carbono, se ondula y se dobla de una manera prometedora para la recolección de energía.

La idea de recolectar energía del grafeno es controvertida porque refuta la conocida afirmación del físico Richard Feynman de que el movimiento térmico de los átomos, conocido como movimiento browniano, no puede funcionar. El equipo de Thibado descubrió que, a temperatura ambiente, el movimiento térmico del grafeno induce de hecho una corriente alterna (CA) en un circuito.

En la década de 1950, 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 es la solución para recolectar energía del movimiento browniano. Sabiendo esto, el grupo de Thibado construyó su circuito con dos diodos para convertir CA en corriente continua (CC). Con los diodos en oposición permitiendo que la corriente fluya en ambos sentidos, proporcionan caminos separados a través del circuito, produciendo una corriente continua pulsante que realiza el trabajo en una resistencia de carga.

Además, descubrieron que su diseño aumentaba la cantidad de energía entregada. «También descubrimos que el comportamiento de encendido-apagado, similar a un interruptor, de los diodos en realidad amplifica la potencia entregada, en lugar de reducirla, como se pensaba anteriormente», dijo Thibado. «La tasa de cambio en la resistencia proporcionada por los diodos agrega un factor adicional a la potencia».

El equipo utilizó un campo de la física relativamente nuevo para demostrar que los diodos aumentaron la potencia del circuito. «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», dijo el coautor Pradeep Kumar, profesor asociado de física y coautor.

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 y el calor no fluye entre los dos.

Esa es una distinción importante, dijo Thibado, porque una diferencia de temperatura entre el grafeno y el circuito, en un circuito que produce energía, contradeciría la segunda ley de la termodinámica. «Esto significa que no se viola la segunda ley de la termodinámica, ni hay necesidad de argumentar que el ‘demonio de Maxwell’ separa electrones fríos y calientes», dijo Thibado.

El equipo también descubrió que el movimiento relativamente lento del grafeno induce corriente en el circuito a bajas frecuencias, lo cual es importante desde una perspectiva tecnológica porque la electrónica funciona de manera más eficiente a frecuencias más bajas.

«La gente puede pensar que la corriente que fluye en una resistencia hace que se caliente, pero la corriente browniana no. De hecho, si no fluye corriente, la resistencia se enfriaría», explicó Thibado. «Lo que hicimos fue desviar la corriente en el circuito y transformarla en algo útil».

El próximo objetivo del equipo es determinar si la corriente continua se puede almacenar en un condensador para su uso posterior, un objetivo que requiere miniaturizar el circuito y modelarlo en una oblea de silicio o chip. Si millones de estos pequeños circuitos pudieran construirse en un chip de 1 milímetro por 1 milímetro, podrían servir como reemplazo de batería de bajo consumo.