Científicos han descubierto una nueva forma de manipular el grafeno para crear una sustancia con una densidad de energía y potencia récord. Cuando se incorpore a dispositivos de almacenamiento de energía llamados supercondensadores, esta nueva forma de grafeno podría ser la clave para un almacenamiento de energía de alta capacidad y carga rápida que podría entregar energía más rápidamente que las baterías convencionales, dijeron los investigadores en un comunicado.
El nuevo material, llamado óxido de grafeno reducido multiescala (M-rGO), se crea a partir de grafito, un recurso abundante a nivel mundial. Los investigadores lo incorporaron a celdas de bolsa, un tipo de batería recargable encapsulada en una lámina delgada, flexible y laminada en lugar de metal rígido. Los científicos publicaron sus hallazgos el 15 de septiembre en la revista Nature Communications.
Las celdas tipo bolsa se utilizan en vehículos eléctricos, drones, dispositivos electrónicos portátiles, computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y tabletas. Su fabricación a partir de M-rGO podría mejorar la capacidad total, el tiempo de carga y la capacidad de alimentar dispositivos más complejos y de alto consumo con baterías más pequeñas, según el equipo de investigación.
Absorbiendo poder
Mientras que las baterías tradicionales almacenan energía en enlaces químicos, los supercondensadores son condensadores electroquímicos que almacenan energía como carga eléctrica separada en las superficies de los electrodos. Presentan la ventaja de una mayor densidad energética (cantidad de energía que se puede almacenar en un espacio determinado) y densidad de potencia (rapidez con la que se puede entregar energía por unidad de volumen) que las baterías tradicionales.
Hasta ahora, sin embargo, los supercondensadores se han visto limitados por una importante limitación: sólo una parte del potencial almacenamiento de energía de los materiales con los que fueron creados estaba disponible para su uso.
Esta limitación se debe a la composición física del grafeno. Si bien tiene la ventaja de permitir electrodos más densos (los conductores sólidos de una batería donde se almacena la carga), su uso de ese espacio es muy ineficiente. Por ejemplo, apilar grafeno simplemente resulta ineficiente porque las láminas se adhieren demasiado y no dejan suficiente espacio para los iones que necesitan entrar y salir para almacenar energía.
Para solucionar este problema, los científicos construyeron estructuras tridimensionales desordenadas similares a las esponjas, que proporcionan gran capacidad de almacenamiento y vías para el movimiento de iones. Si bien eran ligeras, la desventaja era que estas estructuras eran grandes y engorrosas.
Este avance soluciona este problema calentando el grafeno en un proceso de dos pasos. Esto da como resultado una red de grafeno enredada y curva con múltiples niveles de estructura que permite el rápido movimiento de iones, a la vez que proporciona una amplia superficie para el almacenamiento de energía.
“Este descubrimiento podría permitirnos construir supercondensadores de carga rápida que almacenen suficiente energía para reemplazar baterías en muchas aplicaciones y la entreguen mucho más rápidamente”, dijo Mainak Majumder, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Monash de Australia, en el comunicado.
Fuente: Live Science.
