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  • El grafeno es un ingrediente que falta para ayudar a sobrecargar las baterías para la vida en movimiento

    El grafeno podría tener una influencia radical en el futuro del almacenamiento de energía. Crédito:nobeastsofierce / shutterstock.com

    Si bien nuestros dispositivos en estos días son cada vez más pequeños y potentes, el desarrollo de baterías comerciales, tanto lo suficientemente pequeñas como con la capacidad suficiente para satisfacer sus demandas de consumo de energía, no ha seguido el mismo ritmo.

    La mayoría de la gente habrá oído hablar de las baterías de iones de litio (Li-ion). Están en casi todos los dispositivos electrónicos móviles, desde su teléfono móvil y computadora portátil, a través de fuentes de alimentación de respaldo en aviones e incluso naves espaciales. Aunque sorprendentemente, a pesar de esta gran demanda, el diseño fundamental de las baterías de iones de litio se ha mantenido bastante similar en los últimos años.

    La duración de la batería es con frecuencia el factor limitante en muchas aplicaciones existentes y experimentales. Es clave para el futuro de tecnologías como los coches eléctricos, y para el almacenamiento de energía de alta capacidad para energías renovables como la eólica y la solar. De hecho, el progreso comparativamente lento con el desarrollo de nuevas baterías ha hecho que muchos fabricantes de productos electrónicos se vuelvan a intentar reducir o mantener los requisitos de energía de sus productos para encontrar un equilibrio.

    Lo que no quiere decir que no haya investigación sobre nuevas técnicas de almacenamiento de energía. Lejos de eso, de hecho. Las últimas décadas han visto una explosión de investigación en esta área. Como era de esperar, gran parte de esto gira en torno a la mejora de las baterías de iones de litio. El nuevo "material maravilloso", el grafeno, también se ha sugerido como una posible clave para la solución. El grafeno tiene una serie de propiedades interesantes que han llevado a los investigadores a sugerir modificar los componentes de las baterías de iones de litio, o utilizar grafeno como medio de almacenamiento de energía en lugar de soluciones prometedoras.

    Solo agrega grafeno

    Supercondensadores de varios tamaños, pero ninguno lo suficientemente pequeño, todavía. Crédito:Maxwell, CC BY-SA

    El grafeno también se ha utilizado para desarrollar dispositivos electrónicos con requisitos de energía extremadamente bajos. Esto es posible (en parte) porque el grafeno puro tiene la resistividad más baja de cualquier material conocido a temperatura ambiente:los dispositivos hechos de grafeno puro pueden conducir la electricidad de manera más eficiente que cualquier otro material (a temperatura ambiente). Como consecuencia, se desperdicia muy poca energía.

    Los dispositivos construidos con grafeno no experimentarían los mismos problemas de calentamiento que enfrenta la electrónica actual:podrían funcionar indefinidamente con muy poco aumento de temperatura. El calor es malo para la electrónica; significa que se está desperdiciando energía y, a menudo, sirve para reducir aún más la eficiencia del dispositivo a medida que se calienta. El grafeno puro prácticamente elimina las pérdidas de energía de este tipo, lo que hace que los dispositivos producidos a partir de él sean extremadamente eficientes desde el punto de vista energético. Para la electrónica de consumo, esto podría significar dispositivos significativamente más potentes con una duración de batería enormemente mejorada, un escenario en el que todos ganan, si es que alguna vez hubo uno.

    Y lo que es más, Los estudios indican que el uso de grafeno para reemplazar o mejorar los componentes de las baterías de iones de litio puede mejorar significativamente la densidad de energía y la longevidad de la batería. Una técnica popular ha sido hacer los ánodos o cátodos de las baterías de iones de litio con grafeno.

    Tu próxima batería puede ser un supercondensador

    Otra técnica consiste en utilizar el grafeno como medio de almacenamiento de energía. Esto se ha utilizado para construir supercondensadores, quizás el competidor futuro más fuerte de las baterías de iones de litio en usos que requieren tiempos de carga muy rápidos. como en el caso de los coches eléctricos.

    Esta es posiblemente su característica crítica. Un supercondensador puede pasar de estar completamente descargado a completamente cargado muchos órdenes de magnitud más rápido que las baterías de iones de litio comparables. En este contexto, es la gran superficie de grafeno lo que es importante, porque la cantidad de carga que se puede almacenar está relacionada con el área de superficie de los materiales de los que está hecho. Así que de nuevo el grafeno es ideal.

    A pesar del potencial de los supercondensadores para desafiar a la omnipresente batería de iones de litio, Los supercondensadores actuales son invariablemente demasiado grandes y demasiado caros para reemplazarlos en las mismas funciones. Sin embargo, Los prototipos indican que los superconductores pueden cumplir los requisitos necesarios para reemplazar las baterías convencionales en un futuro no muy lejano.

    Por último, el desafío con cualquiera de estos prototipos es la capacidad de escalar la producción para satisfacer las demandas de la industria de la electrónica de consumo. Hasta ahora, las soluciones basadas en grafeno han sido notoriamente difíciles de fabricar a gran escala, gracias en parte a la dificultad de aislar grafeno de alta calidad. Sin embargo, el futuro del almacenamiento de energía y la tecnología energéticamente eficiente parece prometedor. Ya sea que el grafeno finalmente participe en la revolución o no, Está claro que la investigación de estas tecnologías eventualmente conducirá a la introducción de productos más baratos, duraderos y con mayor capacidad.

    No es un eufemismo decir que aguarda una revolución energética como resultado de los dispositivos de almacenamiento de energía de próxima generación, que podría ayudar a marcar el comienzo de la era de los vehículos totalmente eléctricos, la generación de energía renovable a gran escala y el fin de nuestra dependencia de los combustibles fósiles.

    Esta historia se publicó por cortesía de The Conversation (bajo Creative Commons-Attribution / Sin derivados).




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