Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) lideran un estudio internacional en el que han logrado optimizar la preparación de sólidos con estructura grafítica a través de sepiolita, una arcilla muy abundante en la cuenca del Tajo. El trabajo propone el mecanismo de formación de estos materiales, cuya producción es escalable en el campo de la electrónica y posee múltiples aplicaciones en el ámbito de la transición energética, como su uso para electrodos de baterías de litio, el almacenamiento de hidrógeno o sensores electroquímicos. Este trabajo se ha elaborado dentro de una colaboración con la Universidad de Aveiro (Portugal).
El grafeno es uno de los materiales más deseados por su alta conductividad y resistencia, entre otros motivos, mientras que los materiales grafíticos lo son en la medida en que comparten con el grafeno muchas de sus características, aunque con una estructura interna imperfecta.
Pese a que conseguir estos elementos grafíticos es más sencillo que la producción convencional de grafeno, este proceso suele requerir procesos a temperaturas muy altas, lo que da lugar a largos tiempos de trabajo y un importante gasto de energía. Este trabajo, publicado en la revista Carbon, pone solución a estos problemas de una manera optimizada.
Materiales sustitutivos del grafeno
Los expertos del CSIC llevaron a cabo diferentes estrategias experimentales de síntesis a temperatura relativamente baja para obtener materiales similares al grafeno, empleando una arcilla micro-porosa de sepiolita. El equipo ha optado por este material por su abundancia en la península y su bajo coste, pero también porque la propia arcilla impone la estructura ordenada de los compuestos de ese nuevo material.
Para este trabajo se ha usado sacarosa como modelo, pero es extensible a cualquier tipo de biomasa. Si calientas azúcar y haces caramelo, cuando tratas térmicamente ese material no formas compuestos grafíticos, pero con la sepiolita como soporte, ella misma impone esa estructura interna, según explican los científicos. Cuando calientas el material de origen en presencia del soporte, se forman compuestos que se quedan absorbidos y ellos son los que se reorganizan hasta dar la estructura de un grafeno no perfecto.
La sepiolita permitió gastar menos energía haciendo el proceso más sostenible, además de combinar lo mejor de ambos materiales de origen. Se maneja mejor y tiene una porosidad que puede servir para aplicaciones sucesivas ya que es adsorbente y conductor a la vez. Además, está tan bien estructurado que, aunque tenga restos de esa sepiolita que no conduce electricidad, el material es conductor y sirve para la mayoría de las aplicaciones, según señalan los expertos.
En cuanto a las aplicaciones de este material, aunque no es un grafeno perfecto, se puede usar para electrodos de baterías de litio, supercondensadores, o incluso para almacenamiento de hidrógeno. Los investigadores también realizaron pruebas para sensores electroquímicos o sensores que responden a la presión en movimiento, soluciones fundamentales para la energía que son sostenibles y económicas.