El movimiento del agua sobre una superficie genera más carga eléctrica de lo esperado

Buenos Aires-(Nomyc)-Un equipo de investigadores de la Universidad RMIT y la Universidad de Melbourne ha descubierto que el agua puede generar hasta 10 veces más carga eléctrica de lo que se creía al moverse sobre una superficie, lo que podría podría revolucionar el diseño de materiales con aplicaciones en seguridad, almacenamiento de energía y sistemas de combustibles renovables.

El fenómeno del «stick-slip» y su impacto en la carga eléctrica: el estudio liderado por el Dr. Joe Berry, el Dr. Peter Sherrell y la profesora Amanda Ellis reveló que cuando una gota de agua se encuentra con una pequeña imperfección en la superficie, se queda atrapada momentáneamente antes de “saltar” o deslizarse y este comportamiento, conocido como “movimiento stick-slip”, genera una carga eléctrica irreversible que no se había documentado.

Según Sherrell, hasta ahora se pensaba que la carga eléctrica se generaba cuando el agua dejaba una superficie, pero el nuevo estudio demuestra que la carga es mucho mayor cuando el agua toca la superficie por primera vez.

El movimiento “Stick-Slip”, ocurre cuando un objeto primero se atasca (Stick), en una superficie debido a la fricción y luego se desliza (Slip), de manera repentina cuando la fuerza acumulada es suficiente para vencer esta fricción.   

Es como cuando intentas empujar un mueble pesado: al principio no se mueve, pero de repente se desliza de golpe y en el caso del agua, las gotas quedan atrapadas en pequeñas irregularidades de la superficie y al soltarse, generan una carga eléctrica.    

• Agua genera 10 veces más carga eléctrica de lo que se creía al moverse sobre superficies.
• Fenómeno stick-slip: gota se atasca y luego se desliza, generando carga irreversible.
• Impacto en diseño de superficies: posibles aplicaciones en seguridad y almacenamiento de energía.
• Experimento con Teflón (PTFE): cámara especializada midió carga entre 3,2 y 4,1 nanoculombios (nC).
• Próximos pasos: estudiar efecto en otros líquidos y superficies, con aplicaciones en almacenamiento de energía y transporte de combustibles sostenibles.

Experimentos con Teflón y el hallazgo de cargas inesperadas: para comprobar este fenómeno, los investigadores midieron la carga eléctrica generada por gotas de agua en contacto con Politetrafluoroetileno (PTFE), material usado en Teflón y para ello, se utilizó una cámara de alta velocidad para capturar cada deslizamiento de las gotas y medir simultáneamente los cambios de carga.

Los resultados mostraron que la primera interacción del agua con la superficie generaba un cambio de carga de 0 a 4,1 nanoculombios (nC), y luego la carga oscilaba entre 3,2 y 4,1 nC a medida que el agua se movía.

Relevancia para la seguridad y la transición a energías renovables: Berry destacó que el conocimiento de la generación de carga eléctrica por el movimiento de líquidos es crucial para garantizar la seguridad en el uso de nuevos combustibles renovables como el hidrógeno y el amoníaco.

En la actualidad, la acumulación de carga en contenedores de combustible se mitiga mediante aditivos y restricciones de flujo, pero estas soluciones podrían no ser efectivas con los nuevos combustibles.

Próximos pasos: investigación en otras superficies y aplicaciones industriales, para lo que el equipo explorará este fenómeno en otros tipos de líquidos y materiales para evaluar su impacto en aplicaciones industriales, incluyendo:

• Diseño de sistemas de almacenamiento y transporte de combustibles sostenibles.
• Optimización de dispositivos de almacenamiento de energía mediante carga generada por el movimiento de líquidos.
• Recuperación de energía a partir del flujo de fluidos en sistemas industriales.

Potencial de esta tecnología para un mundo más sostenible: el hallazgo, tiene el potencial de transformar la generación y almacenamiento de energía, lo que ofrece nuevas formas de aprovechar la carga eléctrica generada naturalmente en procesos cotidianos. 

Algunas de las aplicaciones sostenibles incluyen:

• Mejor eficiencia en baterías y supercondensadores al capturar energía del movimiento de líquidos.
• Reducción de riesgos en el manejo de combustibles renovables con superficies diseñadas para disipar cargas eléctricas de manera segura.
• Aprovechamiento de la electrificación del agua en sistemas de captación de energía ambiental para dispositivos de baja potencia.

El descubrimiento de esta carga irreversible podría inspirar nuevas tecnologías de energía limpia, optimizando la eficiencia y seguridad de los sistemas de energía renovable y sostenibilidad ambiental.

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