¿Baterías que se recargan en segundos? Una realidad cada vez más cercana.

15 Marzo 2017

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La pérdida de capacidad de las baterías en los equipos portátiles a lo largo de su de vida útil, y el elevado tiempo de espera para cargarlaspuede que se esté acercando a su fín. Un grupo de investigación de la University of Central Florida (UCF) ha logrado diseñar y poner operativo, al menos a nivel de laboratorio, un supercondensador que puede ser cargado y descargado más de 30.000 veces, sin que presente pérdida de capacidad. Además, presenta una densidad de energía aún mayor que casi cualquier otro fabricadon con cualquera de las tecnologías actuales. (Imagen de portada: FreeImages.com/Wanderlei Talib)

Figura 1.- Representación ilustrada del novedoso diseño de supercondensaror realizado por la universidad de Florida Central

Luis Flacke

Aparte de los equipos informáticos, el desarrollo de las tecnologías de energías renovables también exige el avance de tecnologías de almacenamiento de energía. Es por eso qué la investigación de pilas de combustibles, baterías recargables y supercondensadores se ha incrementado drásticamente en los últimos años.

Los supercondensadores se distinguen de los condensadores normales porque aquellos se basan en la presencia de un electrolito y no de un dieléctrico. La capacidad se forma por la doble capa eléctrica y la seudocapacidad electroquímica. Es decir, por adsorción de iones y las reacciones de reducción-oxidación reversibles en la superficie de contacto entre el electrolito y los electrodos. Para poder conseguir una capacidad elevada es necesario optimizar no sólo los materiales y el electrolito sino también juega un papel esencial el diseño de los electrodos. Por una parte una alta conductividad de electrones e iones disminuye la pérdida de capacidad por lo que se empiezan a utilizar materiales porosos para poder tener una alta conductividad de iones. Por otra, también hace falta una buena conexión con un colector de corriente de forma estable tanto mecánica como químicamente y así poder asegurar la duración de la capacidad después de muchos ciclos de carga y descarga.

Nitin Choudhary, uno de los investigadores del grupo del profesor Jung responsable de la investigación es el responsable de desarrollar un proceso para producir supercondensadores que acoplan las propiedades optimadas de alta conductividad de electrones e iones y de alta estabilidad tanto química como mecánica. Para ello ha utilizado nanomateriales híbridos, en concreto nanotubos de WO3 envueltos en una capa bidimensional de WS2 y crecidos sobre una película delgada de tungsteno. El supercondensador así obtenido presenta unas propiedades que exceden en valor a las de otros supercondensadores más clásicos. Así por ejemplo, muestran una densidád de energía y una potencia más alta que en casi culaquier otr supercapacitor fabricado a partir de culaquiera de las otras tecnologías de almacenamiento de energía. Además soporta un número de ciclos de carga y descarga del orden de los 30000 ciclos.

(imagen de la publicación pero también de http://www.kurzweilai.net/battery-breakthrough-charges-in-seconds-lasts-for-a-week)

Figura 2.- Imagen simulada junto a una imagen real de microscopía electrónica de estos nanohilos. Publicado en ACS-Nano

El diseño de millones de nanohilos de WO3/WS2 distribuidos de manera densa formando una red hexagonal, crecidos sobre una lámina de tungsteno permite obtener muchas ventajas. Así el Dr. Choudhary ha manifestado: “La alta densidad de los nanohilos dispuestos de esta forma presenta una superficie de trabajo más elevada para una adsorción e intercalación más elevada. El WO3 interior permite conseguir un transporte de cargas más efficiente. El recubrimiento superficial de los hilos está fabricada a partir de WS2 con huecos subnanométricos entre las capas sucesivas capas, de tal manera, que los iones del electrolito se puedan adsorber fácilmente. La interfase entre ambos matirales (WO3/WS2 ) está montada químicamente sin ningún tipo de capa“buffer“ que permite una alta estabilidad estructural.“

Aunque esa tecnología todavía no está lista para la comercialización, según el investigador principal Yeonwoong Jung, este trabajo ya demuestra el gran potencial de estos supercondensadores. “Si se remplasen las baterías de los teléfonos móviles con estos supercondensadores podrían cargarse en unos pocos segundos y no se necesitaría cargarlos en una semana con el consumo actual “

Estos supercondensadores se pudrían usar no solo en equipos eléctricos portátiles, sino que también en vehículos eléctricos o híbridos que necesitan mucha potencia en poco tiempo.

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