(Phys.org) - Investigadores del California NanoSystems Institute (CNSI) en UCLA han preparado el escenario para un hito en el almacenamiento de energía móvil mediante el uso de un material especial de grafeno para aumentar significativamente la densidad de energía de los condensadores electroquímicos. poniéndolos a la par con las baterías de plomo-ácido.

El material, llamado marco de grafeno agujereado, tiene un tridimensional, estructura perforada caracterizada por pequeños agujeros; no solo aumenta la densidad de energía (la cantidad de energía almacenada y lista para usar) sino que permite que los condensadores electroquímicos mantengan su alta densidad de potencia (la cantidad de energía por unidad de masa o volumen), según Xiangfeng Duan, un profesor de química y bioquímica de UCLA que dirigió la investigación.

Condensadores electroquímicos, también conocidos como CE o supercondensadores, son una tecnología importante para el futuro del almacenamiento de energía y las fuentes de alimentación móviles, pero se han visto limitados por la baja densidad energética. En comparación con las baterías tradicionales, Los EC suelen tener una densidad de potencia y un ciclo de vida superiores:el número de ciclos completos de carga y descarga que puede soportar una fuente de energía antes de que disminuya al 80 por ciento de su capacidad original y se considere "gastada". Pero han tenido una densidad de energía de al menos un orden de magnitud por debajo de las baterías.

Debido a que el componente principal de un EC es su material de electrodo, que es responsable del desempeño general de la CE, La investigación reciente se ha centrado en nuevos materiales eficientes que pueden aumentar la densidad de energía sin sacrificar la densidad de energía o el ciclo de vida. Un electrodo EC de alto rendimiento debe tener una alta conductividad eléctrica, una gran superficie accesible a los iones, una alta velocidad de transporte iónico y una alta estabilidad electroquímica.

Los EC actuales de última generación generalmente usan electrodos de carbón activado poroso con densidades de energía mucho más bajas que las baterías de plomo-ácido:4 a 5 vatios hora por kilogramo frente a 25 a 35 vatios hora por kilogramo (5 a 7 vatios hora por litro frente a 50 a 90 vatios hora por litro).

En su estudio, publicado en línea el 8 de agosto en la revista Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores del CNSI dirigidos por Duan utilizaron un marco de grafeno perforado 3D altamente interconectado como material de electrodo para crear un EC con un rendimiento sin precedentes. El electrodo demuestra una conductividad eléctrica superior, flexibilidad mecánica excepcional y porosidad jerárquica única, asegurando el transporte eficiente de electrones e iones y permitiendo las densidades de energía gravimétrica más altas de 127 vatios hora por kilogramo y la densidad de energía volumétrica de 90 vatios hora por litro.

Es más, El equipo ha demostrado que un EC completamente empaquetado exhibe densidades de energía incomparables de 35 vatios hora por kilogramo (49 vatios hora por litro), alrededor de cinco a 10 veces más altas que los supercondensadores comerciales actuales y a la par con las baterías de ácido.

"El EC holey grahene cierra la brecha de densidad de energía entre los condensadores tradicionales y las baterías, sin embargo, con una densidad de potencia mucho mayor, ", Dijo Duan." Crea oportunidades interesantes para las fuentes de alimentación móviles para muchas aplicaciones, desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos ".