El artículo “Leaf-based energy harvesting and storage utilizing hygroscopic iron hydrogel for continuous power generation”, publicado en Nature Communications, presenta un método innovador para transformar hojas caídas en cosechadores de energía continua a través de la utilización de un hidrogel de hierro higroscópico. La investigación responde a la creciente necesidad de nuevas tecnologías de energía renovable para alimentar dispositivos portátiles autogenerados, frente a las limitaciones de los generadores nanotriboelectricos (TENGs), que requieren movimiento externo para funcionar.
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El equipo investigador sintetizó el hidrogel de hierro mediante una reacción de coordinación entre cloruro de hierro hexahidratado (FeCl3·6H2O) y etanolamina (EA). Las hojas caídas empleadas como base fueron tratadas con blanqueo y recubiertas con negro de carbono (CB), para mejorar su conductividad eléctrica, y el hidrogel se aplicó de forma asimétrica en una de sus caras.
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Los dispositivos resultantes alcanzaron una densidad de corriente de cortocircuito (Isc) de hasta 49 μA/cm² y una densidad de potencia volumétrica de 497 μW/cm³. Cada unidad logró generar y mantener un potencial de aproximadamente 0.5 voltios durante más de 200 horas continuas. En cuanto a la absorción de humedad, el hidrogel mostró una capacidad de 3.79 gramos de agua por gramo de material a temperatura ambiente, alcanzando el equilibrio en 180 minutos. Además, el material retuvo su capacidad de absorción incluso después de 50 ciclos de absorción-desorción.
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Una evaluación del ciclo de vida arrojó que el impacto ambiental de estos cosechadores de energía basados en hojas es considerablemente más bajo respecto a otros sistemas de recolección energética. En 2018, en Estados Unidos se reportaron más de 8,800,000 toneladas de hojas caídas, lo cual supone un recurso significativo para la producción sostenible de energía a partir de residuos naturales.
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El mecanismo principal de la generación eléctrica se basa en la formación de capas dobles eléctricas (EDLs) entre el hidrogel y la superficie negativamente cargada del recubrimiento de CB, lo cual permite el almacenamiento y posterior liberación de energía cuando se conecta el sistema a un circuito externo. Este proceso de regeneración ocurre a gran velocidad, garantizando una entrega continua de energía.
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Para aplicaciones prácticas, se diseñó un panel energético integrando múltiples cosechadores de este tipo, que consiguió un voltaje de salida cercano a 13 voltios y una corriente de aproximadamente 0.2 mA/cm², demostrando así la escalabilidad y eficiencia del sistema en condiciones reales.
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Los resultados muestran que la integración de materiales naturales con tecnologías de almacenamiento energético avanzadas puede proporcionar una vía eficiente y sostenible para la generación de electricidad, especialmente aprovechando recursos como las hojas caídas abundantes en ambientes urbanos y rurales.