De la basura a la energía: convertir las colillas en supercondensadores de alto rendimiento
Conversión de colillas en electrodos de carbono con una estabilidad excepcional a largo plazo
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Al convertir estos residuos peligrosos en electrodos avanzados de carbono nanoporoso, los investigadores demuestran que las colillas pueden ser un recurso inesperado pero muy eficaz para los supercondensadores. Los dispositivos resultantes presentan altas densidades de energía y potencia junto con una excepcional estabilidad a largo plazo, lo que pone de relieve una rara combinación de remediación medioambiental y valor tecnológico.
La creciente demanda de almacenamiento de energía rápido, fiable y sostenible está poniendo a prueba tecnologías convencionales como las baterías de iones de litio. Los supercondensadores ofrecen una alternativa convincente porque almacenan energía mediante acumulación electrostática de carga, lo que permite una carga rápida, una elevada potencia de salida y ciclos de larga duración. Sin embargo, su rendimiento depende en gran medida de los materiales de los electrodos, sobre todo de la superficie, la estructura de los poros y la conductividad eléctrica. Los carbones porosos derivados de la biomasa han despertado un interés creciente como materiales de electrodos sostenibles y sintonizables. Entre ellos, las colillas de cigarrillos -compuestas principalmente de celulosa y acetato de celulosa- representan un recurso de biomasa infrautilizado cuya estructura polimérica las convierte en precursores prometedores de carbones porosos avanzados cuando se procesan adecuadamente.
Un estudio publicado en Energy & Environment Nexus el 13 de enero de 2026 por el equipo de Leichang Cao, de la Universidad de Henan, sólo aborda el reto urgente de gestionar millones de toneladas de residuos de colillas de cigarrillos que se generan cada año, sino que también apunta a una vía escalable para producir materiales de electrodos sostenibles y de bajo coste para los sistemas de almacenamiento de energía de próxima generación.
El estudio empleó primero una estrategia de activación hidrotermal por carbonización-pirólisis para convertir colillas de cigarrillo en biocarbones nanoporosos jerárquicos (CNPBs) codopados con N,O, seguida de una caracterización estructural, química y electroquímica sistemática para dilucidar las relaciones estructura-rendimiento. Las colillas se carbonizaron hidrotérmicamente para formar hidrocarbón nitrogenado con morfologías esféricas apiladas, y posteriormente se activaron con hidróxido de potasio (KOH) en diferentes proporciones y temperaturas para ajustar la arquitectura de los poros. La microscopía electrónica de barrido reveló que las esferas de carbono, inicialmente densas y lisas, evolucionaban hacia estructuras porosas tridimensionales en forma de andamio tras la activación con KOH, y que el aumento de la proporción de KOH transformaba las esferas en redes mesoporosas más sueltas, en forma de panal, que favorecían el transporte rápido de iones y electrones. Los análisis de adsorción-desorción de nitrógeno mostraron que todos los CNPB activados presentaban estructuras micro-mesoporosas muy desarrolladas, y que la muestra óptima (CNPB-700-4) alcanzaba una superficie específica ultraelevada de 2.133,5 m² g-¹ y una distribución equilibrada del tamaño de los poros (1-3 nm), lo que permitía un almacenamiento eficaz de la carga y la difusión del electrolito. La difracción de rayos X y la espectroscopia Raman demostraron además que una temperatura de activación moderada (700 °C) preservaba una grafitización favorable al tiempo que limitaba la formación excesiva de defectos, mientras que las temperaturas más altas inducían un desorden estructural. El análisis elemental y la XPS confirmaron la incorporación uniforme de grupos funcionales de nitrógeno y oxígeno, incluyendo especies de nitrógeno piridínico y pirrólico, que contribuyen a una pseudocapacidad adicional y a una conductividad mejorada. Las pruebas electroquímicas correspondientes en un sistema de tres electrodos revelaron que CNPB-700-4 ofrecía la mayor capacitancia específica de 344,91 F g-¹ a 1 A g-¹, una excelente capacidad de velocidad y una baja resistencia interna, con una retención de capacitancia del 95,44% tras 10.000 ciclos. Cuando se ensambló en un supercondensador simétrico de dos electrodos, el material alcanzó una alta densidad energética de 24,33 Wh kg-¹ y una densidad de potencia de 373,71 W kg-¹, superando a muchos carbones activados derivados de biomasa y comerciales. En conjunto, estos resultados demuestran que el método de activación hidrotérmica controlada gobierna directamente la estructura de los poros, la química de la superficie y la grafitización, que sinérgicamente sustentan el excelente rendimiento electroquímico de los CNPB derivados de colillas de cigarrillos.
Los resultados demuestran que las colillas, tradicionalmente consideradas residuos peligrosos, pueden transformarse en materiales de alto valor para el almacenamiento de energía. Los supercondensadores resultantes son idóneos para aplicaciones de carga rápida y larga duración, como la estabilización de redes, el frenado regenerativo y la electrónica portátil. Es importante destacar que este trabajo presenta una estrategia de conversión de residuos en recursos escalable y respetuosa con el medio ambiente que se ajusta a los principios de la economía circular, reduciendo al mismo tiempo la contaminación ambiental y apoyando las tecnologías energéticas sostenibles.
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.
Publicación original
Jieni Wang, Chenlin Wei, Haodong Hou, Fangfang Zhang, Chenxiao Liu, Leichang Cao, Shicheng Zhang, Jinglai Zhang, James H. Clark; "N,O co-doped hierarchical nanoporous biochar derived from waste cigarette butts for high-performance energy-storage application"; Energy & Environment Nexus, Volume 2
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