El papel usado le ha servido a dos investigadores de la Nanyang Technological University de Singapur para crear electrodos de baterías de iones de litio más eficientes y duraderos que los habituales.
A través de un proceso denominado carbonización, científicos de la NTU de Singapur han logrado algo que parece difícil de creer: un electrodo elaborado con fibras de papel usado proveniente de envases, bolsas, cajas de cartón, etc.
En concreto, estos científicos han creado ánodos a partir del papel usado, pudiendo así sustituir los tradicionales fabricados con compuestos de grafito natural en escamas, microesferas de carbono mesofase o grafito artificial de coque de petróleo.
Cómo crear ánodos para baterías con papel usado
La técnica utilizada por los científicos de la NTU han utilizado el proceso conocido como carbonización. Este consiste en convertir el papel en carbono puro usando altas temperaturas. El resultado del proceso, además de carbono puro, es vapor de agua y aceites que pueden usarse como biocombustibles.
Para producir los ánodos de carbono, se unieron y cortaron con láser varias láminas delgadas de papel Kraft para formar diferentes geometrías de celosía. A continuación, el papel se calentó a 1200 °C en un horno sin presencia de oxígeno, para convertirlo en carbono y formar los ánodos.
El ánodo resultante ofrece una superior durabilidad, flexibilidad y propiedades electroquímicas. Además, la combinación de fuerza y dureza mecánica mostrada por los ánodos fabricados por NTU permitiría que las baterías de teléfonos, ordenadores portátiles y automóviles resistan mejor los impactos de caídas y choques.
Otro hecho importante es que la carbonización se lleva a cabo en ausencia de oxígeno, lo que propicia que se emitan cantidades insignificantes de dióxido de carbono. Gracias a ello, el proceso es una alternativa más ecológica que la incineración de estos desechos, que produce grandes cantidades de gases de efecto invernadero.
Alternativa sostenible y escalable
El profesor asistente y director del proyecto Lai Changquan, de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la NTU, ha declarado que «el papel se usa en muchas facetas de nuestra vida diaria, desde envolver regalos y manualidades, hasta una miríada de usos industriales».
«Nuestro método para canalizar el papel hacia la creciente necesidad de dispositivos como vehículos eléctricos y teléfonos inteligentes, no sólo ayudaría a reducir las emisiones de carbono, sino que también aliviaría la dependencia de la minería y los métodos industriales pesados», amplió.
(D) Vista ampliada de fibrillas de nanocelulosa carbonizada. Foto: NTU
El coautor del estudio, Lim Guo Yao, ingeniero investigador de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la NTU, dice que estos ánodos «mostraron una combinación de fortalezas, como durabilidad, absorción de impactos y conductividad eléctrica, que no se encuentran en los actuales».
«Estas propiedades estructurales y funcionales demuestran que nuestros ánodos a base de papel Kraft son una alternativa sostenible y escalable a los materiales de carbono actuales, y encontrarían valor económico en aplicaciones multifuncionales exigentes de alta gama, como el campo naciente de las baterías estructurales».
Finalmente, el profesor asistente Lai agregó que «nuestro método convierte un material común y ubicuo en otro extremadamente duradero y de gran demanda. Esperamos que nuestros ánodos satisfagan la creciente necesidad mundial de un material sostenible y más ecológico para las baterías. Se ha demostrado que la fabricación y la gestión inadecuada de los residuos tienen un impacto negativo en nuestro medio ambiente».
El equipo de investigación ha solicitado una patente a través de NTUitive, la empresa de innovación y empresa de NTU. También están trabajando para comercializar su invento.
