20.02.2020 - University College London (UCL)

Un gran avance en el almacenamiento de energía de carga rápida, de larga duración y flexible.

Imagina que sólo necesitas diez minutos para cargar completamente tu coche eléctrico

Un nuevo supercapacitor plegable hecho de grafeno, que se carga de forma rápida y segura, almacena un nivel récord de energía para su uso durante un largo período, ha sido desarrollado y demostrado por investigadores de la UCL y de la Academia China de Ciencias.

Aunque se encuentra en la etapa de prueba de concepto, muestra un enorme potencial como fuente de energía portátil en varias aplicaciones prácticas, como vehículos eléctricos, teléfonos y tecnología vestible.

El descubrimiento, publicado en Nature Energy, supera el problema al que se enfrentan los supercapacitores de alta potencia y carga rápida: que normalmente no pueden contener una gran cantidad de energía en un espacio pequeño.

El primer autor del estudio, el Dr. Zhuangnan Li (Química UCL), dijo: "Nuestro nuevo supercapacitor es extremadamente prometedor para la tecnología de almacenamiento de energía de próxima generación, ya sea como reemplazo de la tecnología actual de baterías, o para ser usado junto con ella, para proporcionar al usuario más energía.

"Diseñamos materiales que le darían a nuestro supercapacitor una alta densidad de potencia - que es lo rápido que puede cargar o descargar - y una alta densidad de energía - que determinará cuánto tiempo puede funcionar. Normalmente, sólo se puede tener una de estas características, pero nuestro supercapacitador proporciona ambas, lo cual es un avance crítico.

"Además, el supercapacitor puede doblarse hasta 180 grados sin afectar el rendimiento y no utiliza un electrolito líquido, lo que minimiza cualquier riesgo de explosión y lo hace perfecto para integrarse en teléfonos curvados o aparatos electrónicos que se puedan llevar puestos".

Un equipo de químicos, ingenieros y físicos trabajaron en el nuevo diseño, que utiliza un innovador material de electrodos de grafeno con poros que pueden cambiarse de tamaño para almacenar la carga de manera más eficiente. Esta sintonía maximiza la densidad de energía del supercapacitador hasta un récord de 88,1 Wh/L (vatios-hora por litro), que es la mayor densidad de energía jamás registrada para los supercapacitores basados en el carbono.

La tecnología comercial similar de carga rápida tiene una densidad energética relativamente pobre de 5-8 Wh/L y las baterías tradicionales de carga lenta pero de larga duración de ácido de plomo utilizadas en los vehículos eléctricos tienen típicamente 50-90 Wh/L.

Mientras que el supercapacitor desarrollado por el equipo tiene una densidad de energía comparable al valor de vanguardia de las baterías de plomo-ácido, su densidad de energía es dos órdenes de magnitud superior, con más de 10.000 vatios por litro.

El autor principal y decano de Ciencias Matemáticas y Físicas de la UCL, el profesor Ivan Parkin (Química de la UCL), dijo: "Almacenar con éxito una enorme cantidad de energía de forma segura en un sistema compacto es un paso significativo hacia la mejora de la tecnología de almacenamiento de energía. Hemos demostrado que se carga rápidamente, que podemos controlar su salida y que tiene una excelente durabilidad y flexibilidad, por lo que es ideal para el desarrollo para su uso en la electrónica miniaturizada y los vehículos eléctricos. Imagina que sólo necesitas diez minutos para cargar completamente tu coche eléctrico o un par de minutos para tu teléfono y que dura todo el día".

Los investigadores fabricaron electrodos a partir de múltiples capas de grafeno, creando un material denso pero poroso capaz de atrapar iones cargados de diferentes tamaños. Lo caracterizaron utilizando una serie de técnicas y encontraron que funcionaba mejor cuando los tamaños de los poros coincidían con el diámetro de los iones del electrolito.

El material optimizado, que forma una fina película, se utilizó para construir un dispositivo de prueba de concepto con una alta potencia y densidad de energía.

El supercapacitador de 6cm x 6cm estaba hecho de dos electrodos idénticos, estratificados a cada lado de una sustancia gelatinosa que actuaba como un medio químico para la transferencia de la carga eléctrica. Se utilizó para alimentar docenas de diodos emisores de luz (LED) y se descubrió que era muy robusto, flexible y estable.

Incluso cuando se dobló a 180 grados, tuvo un rendimiento casi igual al de cuando estaba plana, y después de 5.000 ciclos, conservó el 97,8% de su capacidad.

El autor principal, el profesor Feng Li (Academia China de Ciencias), dijo: "En los próximos treinta años, el mundo de la tecnología inteligente se acelerará, lo que cambiará enormemente la comunicación, el transporte y nuestra vida diaria. Al hacer más inteligente el almacenamiento de energía, los dispositivos se volverán invisibles para nosotros al trabajar de forma automática e interactiva con los electrodomésticos. Nuestras células inteligentes son un gran ejemplo de cómo se puede mejorar la experiencia del usuario y muestran un enorme potencial como fuente de energía portátil en aplicaciones futuras".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

University College London (UCL)

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