- Investigador de doctorado desarrolla películas poliméricas de doble función para sistemas energéticos
- Los materiales a base de porfirina combinan conmutación electrocrómica con almacenamiento de energía eléctrica
- Las películas libres de níquel, zinc y metales muestran un comportamiento óptico diferente
Un investigador de doctorado de la Universidad de Turku ha desarrollado materiales versátiles que eventualmente podrían usarse en ventanas inteligentes capaces de ahorrar energía y al mismo tiempo ajustar los niveles de luz interior.
El trabajo se centró en las porfirinas, moléculas naturales que se encuentran en sistemas biológicos como la clorofila y la hemoglobina.
Estas moléculas son conocidas por su capacidad para participar en la transferencia de energía y otros procesos químicos importantes.
Los materiales inspirados en la naturaleza combinan dos funciones
Las películas poliméricas desarrolladas en el trabajo combinan el comportamiento electrocrómico con el almacenamiento de energía eléctrica en un solo material.
En este sistema, los materiales electrocrómicos cambian de color cuando se aplica electricidad, mientras que los materiales de almacenamiento de energía capturan y liberan cargas eléctricas.
La combinación de ambas funciones puede ampliar el uso de superficies inteligentes en tecnologías de eficiencia energética y otras aplicaciones.
Las porfirinas proporcionan un punto de partida útil debido a su capacidad inherente para transferir electrones y cambiar su estado electrónico en condiciones controladas, dijo el investigador doctoral Sachin Kochrekar.
“Por ejemplo, gracias a la estructura de porfirina presente en la clorofila, las plantas pueden recuperar energía de la luz solar mediante la fotosíntesis”, afirma Sachin Kochrekar.
“La capacidad de esta molécula natural para transferir electrones y cambiar su estado de forma controlada es un punto de partida interesante para nosotros, los científicos de materiales”.
La investigación utilizó dos enfoques diferentes: un método combina porfirinas con compuestos conductores de electricidad.
Otro enfoque une las porfirinas a través de estructuras de puentes moleculares para formar membranas poliméricas sin la necesidad de materiales de partida especialmente modificados.
Ambos métodos dan como resultado membranas poliméricas que exhiben propiedades electrocrómicas y de almacenamiento de energía combinadas, aunque su rendimiento depende de la ruta de síntesis.
Pequeños cambios estructurales producen resultados diferentes
El estudio también examinó cómo el cambio del elemento central de la estructura de la porfirina afecta el rendimiento del material.
Ha incorporado níquel, zinc o cualquier otro metal a la estructura molecular y ha observado importantes diferencias de comportamiento.
Los resultados muestran que la película que contiene níquel puede cambiar reversiblemente entre tres colores distintos, mientras que las versiones que contienen zinc y sin metal cambian entre dos estados.
Los cambios de color se produjeron rápidamente, normalmente en dos segundos, mientras que los materiales mantuvieron un fuerte contraste visual durante la operación.
Las películas conservan su color después de que se retira la energía eléctrica, una característica que puede reducir el consumo de energía en aplicaciones prácticas donde la energía continua no es deseable.
Más allá del comportamiento de cambio de color, los materiales se evaluaron como supercondensadores electrocrómicos utilizando electrolitos a base de agua.
Estos sistemas generalmente se consideran más seguros y ambientalmente preferibles que muchas tecnologías de electrolitos convencionales.
Las películas experimentales demostraron una capacidad de almacenamiento de energía mensurable y mantuvieron el rendimiento durante miles de ciclos de carga y descarga.
Según la Universidad de Turku, este es el primer estudio de esta película polimérica a base de porfirina en particular que actúa como supercondensador electrocrómico en un entorno de electrolito acuoso.
Las ventanas inteligentes siguen siendo una posibilidad futura
Este estudio tiene varias aplicaciones potenciales y el costo relativamente bajo de producir los materiales los hace relevantes para una evaluación posterior.
“Los materiales son de bajo coste de fabricación, fáciles de controlar y muy adaptables, y pueden integrarse en una amplia gama de aplicaciones con sustratos flexibles y estirables”, afirmó Kochrecker.
“En el futuro, estos materiales podrían utilizarse, por ejemplo, en tecnología de sensores, electrónica flexible, ropa inteligente y soluciones de energía solar”.
Una aplicación potencial involucra sistemas de ventanas capaces de ajustar la transparencia y al mismo tiempo almacenar la energía solar recolectada durante el día.
“Por ejemplo, los nuevos tipos de ventanas inteligentes pueden almacenar simultáneamente energía solar y oscurecerse con el sol, lo que reducirá las necesidades de refrigeración del edificio”.
Sin embargo, la investigación aún se encuentra en la fase de desarrollo de materiales y se necesitarán más trabajos de ingeniería antes de que pueda demostrarse en edificios comerciales o productos de consumo.
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