Nanotecnología
Generadores Nanogeneradores Triboeléctricos Impulsados por Agua Explicados
Impulsada por la necesidad de una mayor seguridad energética, ahorro de costos y preocupaciones medioambientales, la demanda de soluciones energéticas sostenibles ha crecido sustancialmente.
Esto ha llevado a los investigadores a desarrollar tecnologías de captura de energía que convierten la energía mecánica ambiental en energía eléctrica. Estas tecnologías tienen el potencial de desempeñar un papel crucial en aplicaciones como generación de energía, transporte y electrónica.
Entre estas tecnologías, los nanogeneradores triboeléctricos (TENGs) han surgido como un medio prometedor para aprovechar la energía mecánica de nuestro entorno, como el movimiento y la vibración.
Como resultado, muchos investigadores están explorando nuevos materiales, diseños y mecanismos para mejorar la salida de energía, la durabilidad y la escalabilidad para su uso en el mundo real.
A principios de este año, investigadores de la Universidad de Alabama demostraron el uso de estos dispositivos para generar electricidad. La clave aquí fue el uso de cinta adhesiva barata, comprada en tiendas, resistente, junto con plástico y aluminio, en lugar de los materiales costosos y especialmente fabricados que normalmente se usan para los TENGs.
Esta versión mejorada del TENG1 aprovecha la interacción entre la capa adhesiva acrílica sensible a la presión de la cinta y su respaldo de polipropileno para generar hasta 53 milivatios de potencia. El TENG se colocó sobre una placa vibratoria, que repetidamente lleva las dos capas a contacto antes de separarse, generando así electricidad.
Además de crear suficiente energía para iluminar más de 350 luces LED y un puntero láser, el dispositivo también se integró en un sensor acústico y en un wearable autoalimentado.
En otro estudio, un equipo internacional de investigadores generó electricidad usando pequeñas cuentas de plástico2 colocadas cerca una de la otra en una superficie, y luego llevadas a contacto con otra superficie que contenía las mismas cuentas, produciendo más electricidad de lo habitual.
Se encontró que el tamaño y el material de las cuentas eran importantes, y el autor principal, el Dr. Ignaas Jimidar de la VUB, señaló: “pequeños cambios en la selección de materiales pueden conducir a mejoras significativas en la eficiencia de generación de energía”, lo que crea nuevas posibilidades para los TENGs en la vida cotidiana, sin depender de fuentes de energía tradicionales.
Estos hallazgos y avances demuestran que los investigadores están allanando el camino para aplicaciones transformadoras de la tecnología TENG.
Según Zhong Lin Wang, quien fue el primero en demostrar un TENG funcional, los nanogeneradores triboeléctricos pueden ser cruciales en el impulso hacia la democratización de la energía.
“Al aprovechar acciones físicas cotidianas, permiten que la electrónica sea autoalimentada, eliminando la necesidad de depender de redes eléctricas centralizadas. Esta ‘recolección de energía ambiental’ se alinea estrechamente con varias tendencias globales, como la sostenibilidad, la atención médica personalizada y el Internet de las Cosas,” dijo Wang en una entrevista.3 “Los TENGs ya son viables para sensores distribuidos de bajo consumo, pero su verdadera disrupción reside en la futura captura de energía a gran escala y la sinergia hombre‑máquina.”
- Los nanogeneradores triboeléctricos (TENGs) convierten el movimiento cotidiano, la vibración, el flujo de fluidos y la presión en electricidad mediante electrificación por contacto.
- Nuevos diseños líquido‑sólido, incluidos los cosechadores de “energía azul” basados en tubos y dispositivos similares a algas marinas, aumentan la salida mientras se mantienen de bajo costo y flexibles.
- Investigadores europeos han demostrado que el agua confinada en silicio nanoporooso hidrofóbico puede alcanzar hasta un 9 % de eficiencia de conversión sólido‑líquido.
- Estos avances apuntan a sensores autoalimentados, wearables, sistemas de energía marina y cosechadores impulsados por presión que reducen la dependencia de baterías y redes.
Cómo los Nanogeneradores Triboeléctricos (TENGs) Convierten el Movimiento en Electricidad
A medida que la investigación sobre nanogeneradores triboeléctricos continúa acelerándose, los avances recientes han ampliado el alcance de lo que estos dispositivos pueden cosechar, desde vibraciones sutiles y movimiento corporal hasta fuerzas ambientales como viento, gotas y flujo de fluidos.
Ahora, ¿cómo funcionan estos nanogeneradores triboeléctricos (TENGs)? Bueno, convierten la energía mecánica en energía eléctrica mediante electrificación por contacto e inducción electrostática.
La electrificación por contacto implica la transferencia de carga que ocurre cuando dos superficies entran en contacto, una quedando cargada positivamente y la otra negativamente. La inducción electrostática, por otro lado, es una redistribución de carga eléctrica sin contacto directo.
Lo que destaca de los TENGs es su alta densidad de potencia instantánea, amplia compatibilidad de materiales y escalabilidad. Con aplicaciones que abarcan fuentes de energía, energía azul y sensores autoalimentados, estos dispositivos se han integrado con éxito en electrónica portátil, sensores autoalimentados y redes energéticas a gran escala.
Pero, por supuesto, todavía existen desafíos en cuanto a la integración con sistemas de energía existentes, la estabilidad a largo plazo y la eficiencia de transferencia y conversión de carga.
En realidad existen diferentes estrategias de TENG para cosechar, aprovechar y convertir eficazmente energía no utilizada o desperdiciada. Una prometedora es el TENG sólido‑líquido, que, a diferencia de los TENG tradicionales sólido‑sólido, ofrece un diseño simple, rentable, mayor eficiencia de transferencia de carga, capacidades de autorreparación, durabilidad a largo plazo y adaptabilidad a entornos dinámicos.
La investigación también ha demostrado que modificar materiales y/o líquidos, como superficies hidrofóbicas o soluciones iónicas, puede aumentar la salida triboeléctrica y abrir nuevas vías para la captura de energía en entornos acuosos y biomédicos.
A principios de este año, un equipo de investigadores demostró el uso de un TENG sólido‑líquido para capturar ‘energía azul’ de las olas oceánicas4, centrándose en superar el desafío de la baja salida de energía. Lo lograron optimizando la ubicación del electrodo que recoge la energía.
Usando un tubo de plástico transparente de 16 pulgadas, crearon un TENG con un electrodo de lámina de cobre en un extremo. El tubo se llenó de agua hasta una cuarta parte de su longitud antes de sellar los extremos, con un cable que conecta el electrodo a un circuito externo. El dispositivo se colocó luego sobre un balancín de laboratorio, que movía el agua dentro de un lado a otro y generaba corrientes eléctricas.
Este diseño optimizado aumentó la conversión de energía 2,4 veces y permitió hacer parpadear una matriz de 35 LED.
En otro experimento de hace algunos años, los investigadores crearon un TENG similar a algas marinas5 para demostrar su potencial de reducir la dependencia de baterías a lo largo de la costa.
Lo que hicieron fue recubrir tiras de 1,5 pulgadas por 3 pulgadas de dos polímeros diferentes con tinta conductora, colocando una pequeña esponja entre ellas para crear una delgada brecha de aire, y luego sellar toda la unidad para crear un TENG. Cuando el dispositivo se movía arriba y abajo en el agua, la tira se doblaba de un lado a otro generando electricidad.
La brecha de aire disminuía cuando el TENG estaba sumergido en agua a presiones encontradas bajo el agua en zonas costeras, pero aún generaba una corriente a 100 kPa. También usaron un tanque de olas para demostrar que varios TENGs podrían usarse como una mini estación de energía submarina, suministrando energía para 30 LED o un pequeño faro LED intermitente.
Swipe to scroll →
| Diseño TENG | Medio de Trabajo | Estructura Clave | Salida Reportada / Destacado | Aplicaciones Potenciales |
|---|---|---|---|---|
| TENG de Cinta Scotch (Universidad de Alabama) | Sólido‑sólido (capas de cinta) | Cinta de un solo lado de alta resistencia con plástico y aluminio sobre una placa vibratoria | Hasta 53 mW, suficiente para alimentar >350 LED y un puntero láser | Biosensores portátiles, sensores acústicos, dispositivos autoalimentados de bajo costo |
| TENG granular de cuentas de polímero | Sólido‑sólido (cuentas plásticas empaquetadas estrechamente) | Monocapas de cuentas de polímero en superficies opuestas, llevadas a contacto repetido | Generación de carga mejorada mediante tamaño de cuenta optimizado y elección de material | Cosechadores de movimiento cotidiano, sensores IoT de bajo consumo |
| TENG tubo líquido‑sólido (“energía azul”) | Agua en un tubo de plástico | Tubo transparente de 16 pulgadas con electrodo de cobre; el agua se agita en un balancín | Posición optimizada del electrodo aumentó la salida 2,4× y alimentó 35 LED | “Energía azul” impulsada por olas, detección marina, energía portátil |
| TENG flexible similar a algas marinas | Tiras de polímero en agua en movimiento | “Hojas” de polímero recubiertas con una delgada brecha de aire y separador de esponja | Generó suficiente energía para 30 LED o una pequeña baliza de faro | Estaciones de energía costera, IoT marino, balizas sin batería |
| IE‑TENG con monolitos de silicio nanoporooso | Agua o solución de PEI en nanoporos hidrofóbicos | Bloque de silicio conductor, nanoporooso, hidrofóbico con enorme área superficial interna | Hasta 9 % de eficiencia de conversión energía sólido‑líquido y aumento de órdenes de magnitud en densidad de potencia | Electrónica portátil, cosechadores impulsados por presión, sensores industriales autoalimentados |
Uso de Agua, Silicio Nanoporooso y Presión para la Captura de Energía con TENG
Ahora, un equipo europeo de investigadores ha recurrido a una aplicación particular de los TENG líquido‑sólido: los Nanogeneradores Triboeléctricos de Intrusión‑Extrusión (IE‑TENGs).
Este sistema utiliza líquidos no humectantes, es decir, agua y una solución de polietilenimina, y monolitos de silicio nanoporooso.
Aprovechando la arquitectura hidrofóbica nanoporoosa de los materiales, puede generar electricidad mediante el movimiento controlado del líquido dentro y fuera de espacios confinados, lo que provoca acumulación y redistribución de carga, resultando en fluctuaciones de corriente y voltaje que pueden explotarse para la conversión de energía.
Una gran ventaja de los IE‑TENGs es que pueden superar una limitación clave de los TENG tradicionales: el área de contacto restringida entre los materiales. El uso de materiales nanoporoosos con áreas superficiales que van de cientos a miles de metros cuadrados por gramo permite a los IE‑TENGs mejorar significativamente la densidad de energía específica por área y el rendimiento general de estos dispositivos.
Los monolitos de silicio nanoporooso, por su parte, se emplearon porque han sido ampliamente investigados en los campos médico, óptico, electrónico y mecánico. Proporcionaron a los investigadores varias ventajas importantes.
Esto incluye silicio poroso dopado, es decir, conductor, lo que mejora la transferencia y recolección de carga durante el proceso de intrusión‑extrusión, mejorando así la eficiencia de salida eléctrica. Los monolitos de silicio nanoporooso también pueden convertirse en superficies hidrofóbicas, esenciales para la generación de energía basada en intrusión‑extrusión.
El estudio encontró que los monolitos de silicio poroso son candidatos prometedores para los IE‑TENGs de próxima generación, logrando un aumento de tres órdenes de magnitud en la densidad de potencia instantánea y un aumento de dos órdenes de magnitud en la energía por ciclo de intrusión‑extrusión.
Cree que, mediante continuos avances, los IE‑TENGs que aprovechan materiales porosos conductores podrían ofrecer una alternativa viable para “sistemas de captura de energía auto‑sostenibles y de alto rendimiento” en electrónica portátil y aplicaciones de recuperación de energía industrial.
La nueva forma de convertir energía mecánica en electricidad, desarrollada por un equipo de científicos europeos, utiliza agua atrapada en los poros del silicio como fluido de trabajo.
En el estudio titulado “Triboelectrification during non-wetting liquids intrusion‑extrusion in hydrophobic nanoporous silicon monoliths6”, demostraron la capacidad de la intrusión y extrusión cíclica de agua en monolitos de silicio nanoporooso hidrofóbico para producir energía eléctrica cuantificable.
El nuevo sistema, IE‑TENG, se desarrolló en un esfuerzo colaborativo entre la Universidad Tecnológica de Hamburgo (TUHH) y DESY (el Sincrotrón de Electrones Alemán), la Universidad de Ferrara (Italia), CIC energiGUNE (España), la Universidad Técnica de Riga (Letonia) y la Universidad de Silesia en Katowice (Polonia). Utiliza presión para forzar repetidamente el agua dentro y fuera de poros de tamaño nanométrico.
Durante este proceso, se genera una carga en la interfaz entre el sólido y el líquido. Curiosamente, este es un tipo de electricidad por fricción que a menudo observamos en la vida cotidiana, como al caminar sobre una alfombra de PVC resistente al agua con zapatos.
Es un ejemplo bastante común de electricidad estática generada por el efecto triboeléctrico. Otro ejemplo es tocar la manija de una puerta y recibir una pequeña descarga eléctrica. Lo que ocurre es que la acumulación de carga eléctrica en tu cuerpo se descarga rápidamente a través de un conductor, como una manija metálica.
En el caso del sistema recién desarrollado, ha alcanzado una eficiencia de conversión de energía de hasta el 9 %.
“Incluso el agua pura, cuando se confina a escala nanométrica, puede permitir la conversión de energía,” dijo el profesor Patrick Huber, portavoz del Clúster BlueMat: Water‑Driven Materials Excellence en la TUHH y DESY, cuyo objetivo es desarrollar una nueva clase de materiales inspirados en la naturaleza y sostenibles que cambian sus propiedades mediante la interacción con el agua.
– Dr. Luis Bartolomé, CIC energiGUNE
El diseño del material aquí fue clave, ya que necesitaban algo que permitiera la transferencia de electricidad, tuviera poros de tamaño nanométrico y fuera repelente al agua.
“Un paso crucial fue el desarrollo de estructuras de silicio precisamente diseñadas que son simultáneamente conductoras, nanoporoosas e hidrofóbicas,” explicó el Dr. Manuel Brinker de la Universidad Tecnológica de Hamburgo, ya que esta arquitectura les permitió controlar el movimiento del agua dentro de los poros, haciendo que el proceso de conversión de energía sea estable y escalable.
El uso de estructuras monolíticas de silicio, en lugar de IE‑TENGs basados en polvo que dependen de partículas porosas sueltas, permitió una captura de energía más eficiente y reproducible. También lograron mejoras significativas en la densidad de potencia instantánea, que es la potencia entregada en un momento particular a un medio por una corriente transitoria, y en la energía por ciclo.
El equipo también identificó el tamaño de los poros y el volumen total de poros como los dos factores principales que gobiernan el rendimiento triboeléctrico, subrayando la importancia de optimizar estas propiedades estructurales.
Además, su análisis encontró que tasas de compresión más altas mejoraban la generación de potencia eléctrica, mientras que la selección del medio líquido mejoraba significativamente la eficiencia triboeléctrica. El uso de una solución de polietilenimina (PEI) al 0,1 % permitió al equipo alcanzar la mayor eficiencia de conversión de energía reportada (9 %) para los TENG sólido‑líquido.
Con estos hallazgos, el equipo busca proporcionar una base sólida para seguir optimizando la captura de energía triboeléctrica sólido‑líquido. El enfoque de la investigación futura, según los investigadores, debería centrarse en la selección del líquido, el diseño de arquitecturas de poros y las modificaciones superficiales de los monolitos de silicio.
La tecnología, por su parte, abre el camino para aplicaciones en sistemas de detección autoalimentados, electrónica portátil y captura de energía ambiental.
Según los científicos, abre la vía para “sistemas de sensores autónomos y sin mantenimiento”.
Así, la tecnología puede aplicarse a la detección de agua y al monitoreo de salud en prendas inteligentes. También puede usarse en robótica háptica, donde el movimiento genera directamente una señal eléctrica. Además, la tecnología es adecuada para aplicaciones que requieren alta presión mecánica, como los amortiguadores de vehículos.
“Los materiales impulsados por agua marcan el comienzo de una nueva generación de tecnologías auto‑sostenibles,” declararon los co‑autores, el profesor Simone Meloni de la Universidad de Ferrara y el Dr. Yaroslav Grosu de CIC energiGUNE.
Como cubrimos recientemente, este enfoque de diseño ‘integrado a la naturaleza’ también se adoptó para desarrollar un nuevo DEG flotante integrado con agua (W‑DEG) que aprovecha las propiedades eléctricas y estructurales del agua. El uso de ‘agua libre’ como material de construcción permitió que el W‑DEG tuviera un peso mucho menor y un costo de material reducido, con gran potencial para aplicaciones sin tierra, mostrando una escalabilidad sobresaliente y gran durabilidad en diversas condiciones de trabajo.
Invertir en Semiconductores de Captura de Energía: El Caso de TXN
Mientras que estos monolitos de silicio específicos están actualmente en fase de investigación, los inversores que buscan capitalizar la tendencia subyacente de gestión de energía de bajo consumo deberían mirar al mercado de semiconductores establecido, donde Texas Instruments Incorporated (TXN ) es un actor clave, suministrando microcontroladores de bajo consumo, ICs de gestión de energía y soluciones analógicas/mixed‑signal.
La compañía global de semiconductores diseña y fabrica chips analógicos y de procesamiento embebido para automoción, sistemas empresariales, electrónica personal, equipos de comunicaciones e industrias.
Su portafolio está diseñado para gestionar los requerimientos de energía a través de diferentes niveles de voltaje, incluyendo interruptores de potencia, reguladores conmutados AC/DC y DC/DC aislados, reguladores conmutados DC/DC, referencias de voltaje, soluciones de gestión de baterías, entre otros.
Texas Instruments cuenta con una posición financiera saludable. Para el tercer trimestre de 2025, la compañía reportó ingresos de 4,74 mil millones de dólares, un 7 % secuencial y un 14 % interanual, con crecimiento en todos los mercados finales. Los ingresos analógicos crecieron un 16 % interanual, el procesamiento embebido un 9 % y el segmento “otros” un 11 %.
(TXN )
En cuanto a rentabilidad, TI generó 1,36 mil millones de dólares de ingreso neto y 1,48 dólares de ganancias diluidas por acción para el trimestre. En los últimos 12 meses, el flujo de caja de operaciones ascendió a 6,9 mil millones de dólares, y el flujo de caja libre fue de 2,4 mil millones de dólares, subrayando la capacidad de la empresa para financiar inversiones de capital intensivo y retornos a los accionistas mientras sigue invirtiendo en I+D.
“Nuestro flujo de caja de operaciones de 6,9 mil millones de dólares en los últimos 12 meses nuevamente subraya la fortaleza de nuestro modelo de negocio, la calidad de nuestro portafolio de productos y el beneficio de la producción de 300 mm.”
– CEO Haviv Ilan
Durante el tercer trimestre de 2025, TI pagó alrededor de 1,2 mil millones de dólares en dividendos y recompró aproximadamente 119 millones de dólares de sus propias acciones, contribuyendo a 6,6 mil millones de dólares devueltos a los accionistas en los últimos 12 meses. En septiembre, la compañía anunció un aumento del 4 % del dividendo a 1,42 dólares por acción, marcando 22 años consecutivos de crecimiento del dividendo.
A finales de noviembre de 2025, TXN cotiza alrededor de los 160 dólares, aproximadamente un 25‑30 % por debajo de su máximo de 52 semanas de 221,69 dólares alcanzado en julio de 2025. Aunque la acción ha retrocedido de esos máximos y ha registrado rendimientos negativos en el último año, la combinación de ventas analógicas en aumento, un rendimiento de dividendo superior al 3 %, y recompras a largo plazo continúan atrayendo a inversores orientados a ingresos.
Últimas Noticias de la Acción de Texas Instruments Incorporated (TXN)
- Los TENGs y otros cosechadores de energía impulsados por agua siguen estando mayormente en el laboratorio, pero apuntan a casos de uso del mundo real: wearables autoalimentados, sensores IoT, energía marina y cosechadores de presión industriales.
- En lugar de elegir una única startup de TENG en etapa temprana, los inversores pueden obtener una exposición más amplia a través de líderes en analógicos y gestión de energía como Texas Instruments (TXN), que suministran los IC de bajo consumo en los que dependen estos sistemas.
- Señales clave a observar incluyen: mayores eficiencias de conversión reportadas, avances en durabilidad y empaquetado, y pilotos comerciales tempranos que integren cosechadores triboeléctricos en plataformas automotrices, industriales o médicas.
Conclusión: Dónde Encajan los TENGs en el Futuro de la Energía Limpia
En el mundo de la captura de energía, los TENGs ofrecen una forma de bajo costo, eficiente y sostenible de convertir energía mecánica en electricidad. Al transformar no solo interacciones mecánicas cotidianas sino también el flujo de fluidos y fluctuaciones de presión en electricidad utilizable, estas tecnologías prometen wearables flexibles, sensores autoalimentados, sistemas de energía en entornos marinos y más.
Aunque la adopción real de los TENGs está actualmente limitada, mediante la investigación continua para refinar arquitecturas de materiales, mejorar la eficiencia e integrar los TENGs con sistemas de energía existentes, estos dispositivos pueden finalmente volverse viables para un despliegue comercial más amplio.
Haz clic aquí para una lista de empresas que lideran el desarrollo de la nanotecnología.
Referencias
1. Jang, M.-H.; Rabbitte, S. P.; Frendi, A.; Conners, R. T.; Lei, Y.; Wang, G. “Captura de Energía Triboeléctrica de Alta Potencia y Ancho de Banda Amplio con Cinta Scotch.” ACS Omega 10, no. 3 (2025): 2778–2789. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c08590
2. Jimidar, I. S. M., Mālnieks, K., Sotthewes, K., Sherrell, P. C., & Šutka, A. “Interfaces Granulares en TENGs: El Papel de Monocapas de Cuentas de Polímero Empaquetadas Estrechamente para Cosechadores de Energía.” Small 21, no. 9 (2025): Article 2410155. https://doi.org/10.1002/smll.202410155
3. Wang, Z. L. “El futuro de los TENGs con Zhong Lin Wang.” Communications Materials 6 (2025): Article 125. https://doi.org/10.1038/s43246-025-00847-7
4. Zhang, H.; Dai, G.; Luo, Y.; Zheng, T. “Efecto del Volumen del Espacio en el Nanogenerador Triboeléctrico Tubular Líquido‑Sólido para Mejorar el Rendimiento de Salida.” ACS Energy Letters 9, no. 4 (2024): 1431–1439. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c00072
5. Wang, Y.; Liu, X.; Wang, Y.; Wang, H.; Wang, H.; Zhang, S. L.; Zhao, T.; Xu, M.; Wang, Z.-L. “Nanogenerador Triboeléctrico Flexible Similar a Algas Marinas como Cosechador de Energía de Olas que Alimenta el Internet de las Cosas Marino.” ACS Nano 15, no. 10 (2021): 15700–15709. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05127
6. Bartolomé, L.; Verziaggi, N.; Brinker, M.; Amayuelas, E.; Merchori, S.; Arkan, M. Z.; Eglītis, R.; Šutka, A.; Chorążewski, M. A.; Huber, P.; Meloni, S.; Grosu, Y.; et al. “Triboelectrificación durante la intrusión‑extrusión de líquidos no humectantes en monolitos de silicio nanoporooso hidrofóbico.” Nano Energy 146 (2025): Article 111488. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111488
