Normalmente, el hormigón tiene una sola función: evitar que los edificios se derrumben. Pero investigadores en China han creado una versión que puede hacer algo mucho menos propio del hormigón: almacenar electricidad.
Mediante una impresora 3D, el equipo integró un supercondensador directamente en una estructura de cemento, conservando la resistencia suficiente para que el material soportara cargas considerables. Tres de estos pequeños dispositivos, conectados entre sí, generaron la electricidad necesaria para iluminar una matriz de LED.
El prototipo aún está lejos de estar listo para reemplazar las baterías de almacenamiento de energía en algunos edificios. Pero ¿y si las paredes, los pisos y los cimientos de un edificio pudieran funcionar no solo como estructura, sino también como parte de su sistema energético? Esta podría ser la promesa definitiva. Por ahora, solo podemos vislumbrarlo.
El dispositivo, descrito en un nuevo estudio publicado en ACS Nano, fue desarrollado por Haiping Wu y Jing Zhong del Instituto Tecnológico de Harbin y Wencai Ren de la Academia China de Ciencias. Su principal innovación consiste en disponer los componentes de almacenamiento de energía en el cemento para que la electricidad pueda circular a través de ellos de forma más eficiente.
Los supercondensadores y las baterías comparten algunas características, pero presentan diferencias. Generalmente, no pueden almacenar tanta energía, pero se cargan y descargan con extrema rapidez y soportan un gran número de ciclos. Esto podría hacerlos útiles para almacenar la electricidad generada por paneles solares y liberarla repetidamente cuando sea necesario.
“Si se dispone de energía renovable para recargar [los supercondensadores] con la suficiente frecuencia, podrían satisfacer algunas necesidades energéticas mediante ciclos repetidos de carga y descarga”, declaró Zhong en un comunicado de prensa de la Sociedad Química Estadounidense.
Dotar al hormigón de un sistema nervioso eléctrico
Para fabricar su dispositivo, los investigadores combinaron cemento con negro de humo y nanotubos de carbono, creando una tinta conductora de electricidad lo suficientemente espesa como para ser introducida en una impresora 3D. Luego imprimieron la mezcla sobre una pequeña losa de hormigón formando un patrón que se asemejaba a dos pares de dedos entrelazados. Los dedos nunca se tocan. En cambio, el cemento entre ellos actúa como un separador a través del cual pueden moverse iones con carga eléctrica.
En los diseños convencionales de capas, los iones deben atravesar el espesor del material para desplazarse entre los electrodos. A medida que los dispositivos de almacenamiento de energía a base de cemento se vuelven más gruesos, esta disposición resulta insuficiente. El nuevo diseño entrelazado coloca los electrodos opuestos uno al lado del otro, acortando la distancia que deben recorrer los iones y proporcionando una mayor superficie de interacción entre los electrodos y el electrolito.
El cemento en sí mismo contribuye al funcionamiento del sistema. Al endurecerse, la hidratación deja tras de sí una red de poros microscópicos que contienen agua. Los iones pueden desplazarse a través de este material poroso entre los electrodos ricos en carbono.
El prototipo optimizado alcanzó una capacitancia superficial de 162,14 milifaradios por centímetro cuadrado y una densidad energética de 22,52 microvatios-hora por centímetro cuadrado. Más importante aún para un material destinado a formar parte de un edificio, soportó una compresión de 23 megapascales, una resistencia que, según los investigadores, es comparable a la del hormigón comercial utilizado en aplicaciones como losas y escaleras.
Conectar tres dispositivos en serie proporcionó el voltaje suficiente para encender los LED. Esto es solo una prueba de concepto. Ampliar una losa de laboratorio a una base que pese varias toneladas plantea sus propios desafíos en cuanto a cableado, durabilidad, humedad, mantenimiento y fabricación. Sin embargo, la idea del hormigón con capacidad de almacenamiento de energía ha ido cobrando fuerza.
La carrera por convertir edificios en baterías
En 2023, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) publicaron en Proceedings of the National Academy of Sciences) un supercondensador de carbono-cemento extraordinariamente simple fabricado principalmente con cemento, agua y negro de humo. A medida que el cemento se endurecía, el carbono se organizaba en una red ramificada y conectada que podía conducir electrones, mientras que los poros del cemento permitían el movimiento de iones a través del material. Los investigadores argumentaron que, en principio, este mecanismo podría escalarse con el volumen del hormigón.
El grupo del MIT llevó el concepto mucho más lejos en 2025. En un estudio de seguimiento publicado en PNAS, los investigadores reportaron una mejora de aproximadamente diez veces en la densidad de energía y ensamblaron 12 celdas a base de cemento en un módulo de 12 voltios y aproximadamente 50 faradios. Este módulo alimentó un ventilador de computadora y una consola de videojuegos portátil. También construyeron un arco de 9 voltios para demostrar cómo el almacenamiento de energía podría eventualmente integrarse en un elemento arquitectónico.
Otros equipos han comenzado a combinar la idea con la fabricación aditiva. Un estudio de 2025 utilizó impresión 3D y espuma de níquel recubierta de carbono para fabricar supercondensadores estructurales de hormigón, mientras que otro publicado en 2026 incorporó un electrolito de cemento modificado con polímeros imprimible.
El nuevo diseño ACS Nano sigue esa tendencia, pero adopta un enfoque más integrado. En lugar de simplemente intercalar electrodos convencionales dentro de hormigón impreso, los investigadores imprimen electrodos de nanocarbono a base de cemento en la propia estructura de cemento. La geometría entrelazada busca solucionar tanto el transporte iónico ineficiente como la tendencia de las interfaces entre las diferentes capas a separarse.
Un camino a seguir
Todavía existe una gran brecha entre hacer brillar los LED en una placa de laboratorio y almacenar cantidades útiles de electricidad en un edificio real. Para el hormigón analizado en el estudio, el frío aún podría representar un problema. El supercondensador siguió funcionando durante el calentamiento y enfriamiento moderados, pero su rendimiento disminuyó drásticamente a -18°C, aparentemente debido a que la congelación interfirió con el agua y los iones dentro del material.
Los supercondensadores siguen teniendo una densidad energética mucho menor que las baterías de iones de litio, por lo que su atractivo probablemente radicaría en aprovechar materiales que de otro modo serían pasivos, en lugar de superar a las baterías kilo por kilo. En un caso ideal, si resulta rentable, se necesitarían ambos.
Los investigadores contemplan inicialmente aplicaciones más modestas, como iluminación de emergencia y sensores integrados en edificios. Con el tiempo, los componentes estructurales podrían almacenar energía solar generada localmente y, al mismo tiempo, monitorizar el edificio circundante.
“Si los materiales de construcción no solo pudieran soportar estructuras, sino también almacenar energía, percibir su entorno e incluso interactuar con las personas, los edificios se convertirían en algo más que refugios pasivos”, dijo Zhong. “Podrían convertirse en entornos verdaderamente inteligentes”.
Fuente: ZME Science.
