Fibra de grafeno y nanotubos. Supercondensadores que rivalizan con el litio

Un equipo de investigación presenta una fibra con capacidad para almacenar energía que compatibiliza con las baterías de ion litio de capa fina, un tipo de microbaterías usadas en pequeños aparatos electrónicos. Se trata de supercondensadores basado en grafeno y nanotubos de carbono.

La versatilidad de las fibras-supercondensadores y sus mejoradas propiedades dan alas a la visión de Volvo de una carrocería que actúa como batería del coche y nos permite imaginar un coche eléctrico a baterías, pero sin batería.

El trepidante ritmo de la sociedad actual no puede esperar a que una batería se recargue para poder avanzar. Móviles, ordenadores y coches eléctricos, pendientes de un cable durante horas atan a los propios dueños a vivir alrededor de un enchufe. Es por ello que los supercondensadores son una prometedora alternativa a la lenta carga de las baterías de ion litio.

Los supercondesadores son acumuladores físicos, no químicos como las baterías, y su sistema de almacenaje se basa en la separación de cargas. Las cargas se desplazan mucho más rápido que los iones (de litio, por ejemplo) y pueden por ello ofrecer mucha más potencia y cargarse en tan solo segundos. Sin embargo su capacidad de almacenar energía depende de la superficie de contacto entre dos capas, el aislante y el electrodo, lo que les pone en desventaja frente a las baterías electroquímicas que hacen uso de todo el volumen del electrodo.

El multifacético y prometedor grafeno, con su gran relación superficie/volumen (2.630 m²/g), fue candidato a formar los mejores supercondensadores jamas fabricados desde el día en que se despegó de la cinta Scotch, y aunque no ha salido un supercapacitador comercial basado en este, no dejan de aparecer propuestas. Combinar grafeno con nanotubos tampoco es nuevo, pero la ultimaresulta especialmente interesante por lo versátil del producto. Construir una fibra de grafeno y nanotubos de carbono con cualidades de supercapacitador, de modo que se puedan tejer estructuras con capacidad de almacenar energía.

La fibra llega a superar los 50 metros de largo y podría usarse para ropa, paneles plastificados o incluso sustituir cableado. Esta diversidad abre la puerta a grandes avances en implantes médicos, prendas inteligentes y tal vez para coches eléctricos. El trabajo ha sido publicado en Nature Nanotechnology con el título «Scalable synthesis of hierarchically structured carbon nanotube–graphene fibres for capacitive energy storage» (Fabricación escalable de fibras de nanotubos de carbono y grafeno jerarquicamente estructuradas para almacenamiento energético por capacitancia), y propone el uso de los nanotubos de carbono para mantener la estructura del grafeno estable y extendida.

El procesado es aparentemente sencillo, con un solo paso de hilado desde una mezcla que contiene un compuesto orgánico que se usa para formar fibras. Todo ello a bajas temperaturas y sin necesitar de grandes equipamientos. Y el resultado es una fibra con una superficie elevada (396 m²/g), buena conductividad (102 S/cm) y una capacidad comparable a las baterías de ion litio de película delgada.

Aunque este tipo de baterías solo encuentra aplicaciones en pequeños aparatos eléctricos y una vez dijimos que las microbaterías no son para los coches eléctricos, este caso podría ser diferente. Para empezar no son baterías, son supercondensadores, más fiables y que pueden superar los 10.000 ciclos. Además su procesado es sencillo y las materias primas son mucho más baratas que las de las baterías de ion litio.

Hace unos meses veíamos la demostración de Volvo para usar la carrocería del coche como batería auxiliar del vehículo, montando paneles formados por fibra de carbono y resina de polímero que permite almacenar energía como un supercondensador. Con estos avances podemos imaginar más allá, que la carrocería sea la batería principal de los vehículos eléctricos. Tal vez sea imaginar mucho, pero al menos es gratis.

Fuente | Nature