Un dispositivo de almacenamiento de energía diseñado para ser reciclado
El supercondensador compacto y recargable se puede desmontar y reutilizar, lo que supone un paso adelante hacia una electrónica más sostenible.
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Los relojes inteligentes, los teléfonos e incluso algunos drones dependen de sistemas de almacenamiento de energía ligeros y recargables. Cuando estos dispositivos se estropean, muchos acaban convirtiéndose en residuos electrónicos. Ahora, unos investigadores que publican sus resultados enACS Energy Lettershan desarrollado un supercondensador compacto que se puede desmontar rápidamente en componentes reutilizables. Utilizaron estos dispositivos para accionar la hélice de un planeador y, a continuación, desmontaron un supercondensador y reutilizaron sus piezas de forma secuencial en dos nuevos supercondensadores que funcionaron tan bien como el dispositivo original.
La hélice de este planeador se alimentaba mediante supercondensadores prototipo situados en sus alas, que pueden desmontarse y reciclarse para fabricar nuevos dispositivos de almacenamiento de energía.
Tse Nga Ng
Muchos dispositivos recargables utilizan tecnología de iones de litio y contienen electrolitos inflamables. Además, son difíciles de reciclar porque los componentes no se desmontan fácilmente. Por ello, Tse Nga Ng, Nandu Koripally y sus colegas buscaron un enfoque más sostenible para el almacenamiento compacto de energía. Su trabajo les llevó a desarrollar un supercondensador que utilizaba iones de zinc en un electrolito a base de agua no inflamable, adhesivos solubles y materiales conductores de la electricidad reutilizables.
«Partimos de trabajos anteriores de nuestro laboratorio, combinando la química alternativa de iones de zinc de alta energía y los supercondensadores estructurales para crear una versión reciclable que permite una segunda vida útil de las celdas y supera en rendimiento a los dispositivos de vanguardia anteriores», afirma Koripally, autor principal del estudio.
Para el supercondensador, los investigadores crearon un ánodo de zinc metálico y lámina de cobre y un cátodo de fibra de carbón activado. Entre ambos, colocaron un electrolito sólido fabricado a partir de una resina porosa recubierta sobre una película de plástico y empapada en una solución de sal de cloruro de zinc (II). La resina formaba enlaces fuertes al calentarse, pero se desintegraba en un líquido ligeramente ácido. Por último, fusionaron las capas mediante calor, formando un dispositivo delgado con un potencial de 2 voltios.
Como prueba de concepto, los investigadores integraron cuatro supercondensadores en las alas de un modelo de planeador. Al lanzarlo como un avión de papel, recorrió 12 pies (3,7 metros) cuando el motor de la hélice se alimentaba mediante los supercondensadores, frente a los 8 pies (3,4 metros) que recorría sin una fuente de energía externa.
A continuación, los investigadores colocaron uno de los supercondensadores en una solución acuosa ligeramente ácida para desmontarlo. En menos de 30 minutos, las capas se separaron. El cátodo de fibra de carbono recuperado se reutilizó dos veces más, cada vez con electrolitos sólidos nuevos y ánodos de zinc. Desde su fabricación inicial hasta las dos rondas de reciclaje, las fibras de carbono completaron con éxito más de 172 000 ciclos de carga y descarga y mantuvieron un rendimiento eléctrico similar a lo largo de toda su vida útil.
Estos hallazgos demuestran un enfoque prometedor para el almacenamiento de energía ligero que minimiza los residuos electrónicos, afirma el equipo.
«La sostenibilidad y el rendimiento no tienen por qué ser objetivos contrapuestos», afirma Koripally. «Al tener en cuenta el ciclo de vida completo del material, podemos combinar los requisitos de diseño en una única solución para fabricar dispositivos estructurales de almacenamiento de energía que mantengan un alto rendimiento y sean fáciles de reparar y reutilizar».
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