Equipos de investigación de University College London (UCL) y la Academia China de las Ciencias han desarrollado un nuevo supercondensador flexible de grafeno, que carga de forma rápida y asegura un elevado nivel de energía para su uso durante un largo período de tiempo. Actualmente se encuentra en la etapa de prueba de concepto y, según los investigadores, muestra un gran potencial como fuente de alimentación portátil en varias aplicaciones prácticas, como los vehículos eléctricos.
El hallazgo ha sido publicado en la revista Nature Energy. Según un comunicado de la UCL, supera el problema que suelen presentar los supercondensadores de alta potencia y carga rápida: que generalmente no pueden retener una gran cantidad de energía en un espacio pequeño.
“Nuestro nuevo supercondensador es prometedor para la tecnología de almacenamiento de energía de próxima generación como reemplazo de la tecnología de batería actual, o para convivir con ella, para proporcionar al usuario más poder”, destaca el Dr. Zhuangnan Li, de la UCL.
El equipo de investigación ha diseñado el supercondensador con materiales que confieren una elevada densidad de potencia y de energía. “Normalmente, solo puede tener una de estas características, pero nuestro supercondensador proporciona ambas, lo cual es un gran avance”, añade Zhuangnan Li.
Innovador material de grafeno
Un equipo de químicos, ingenieros y físicos trabajó en el nuevo diseño, que utiliza un innovador material de electrodo de grafeno con poros que se pueden cambiar de tamaño para almacenar la carga de manera más eficiente. Este ajuste maximiza la densidad de energía del supercondensador a un récord de 88,1 Wh / L. Para comparar, cabe destacar que la tecnología comercial de carga rápida similar tiene una densidad de energía relativamente pobre de 5-8 Wh / L, mientras que las baterías de plomo-ácido tradicionales de carga lenta pero de larga duración utilizadas en vehículos eléctricos suelen tener 50-90 Wh / L.
Los investigadores aclaran que si bien el supercondensador desarrollado tiene una densidad de energía comparable al valor de vanguardia de las baterías de plomo-ácido, su densidad de potencia es de magnitud mayor a más de 10.000 vatios por litro.
Alta potencia y elevada densidad de energía
Los investigadores hicieron electrodos a partir de múltiples capas de grafeno, creando un material denso pero poroso capaz de atrapar iones cargados de diferentes tamaños. El material optimizado, que forma una película delgada, se utilizó para construir un dispositivo de prueba de concepto con una alta potencia y una elevada densidad de energía.
El supercondensador de 6 cm x 6 cm estaba hecho de dos electrodos idénticos en capas a cada lado de una sustancia similar a un gel que actuaba como medio químico para la transferencia de carga eléctrica. Esto se usó para alimentar docenas de diodos emisores de luz (LED) y se descubrió que era muy robusto, flexible y estable.
El autor principal y decano de Ciencias Matemáticas y Físicas de UCL, Ivan Parkin, destaca que “almacenar con éxito una gran cantidad de energía de manera segura en un sistema compacto es un paso significativo hacia una tecnología de almacenamiento de energía mejorada. Hemos demostrado que se carga rápidamente, podemos controlar su salida y tiene una excelente durabilidad y flexibilidad, lo que lo hace ideal para el desarrollo para su uso en electrónica en miniatura y vehículos eléctricos».