Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto que un material que incorpora capas de agua atómicamente delgadas es capaz de almacenar y entregar energía mucho más rápidamente que el mismo material que no incluye las capas de agua. El hallazgo plantea algunas preguntas interesantes sobre el comportamiento de los líquidos cuando están confinados a esta escala y es prometedor para dar forma a las futuras tecnologías de almacenamiento de energía.

"Esta es una prueba de concepto, pero la idea de usar agua u otros solventes para 'ajustar' el transporte de iones en un material en capas es muy emocionante, "dice Veronica Augustyn, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en NC State y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo. "La idea fundamental es que esto podría permitir que se almacene una mayor cantidad de energía por unidad de volumen, difusión más rápida de iones a través del material, y transferencia de carga más rápida.

"De nuevo, esto es solo un primer paso, pero esta línea de investigación podría conducir en última instancia a cosas como baterías más delgadas, almacenamiento más rápido para redes eléctricas basadas en energías renovables, o aceleración más rápida en vehículos eléctricos, "Dice Augustyn.

"El objetivo de muchos investigadores de almacenamiento de energía es crear tecnologías que tengan la alta densidad energética de las baterías y la alta potencia de los condensadores, "dice James Mitchell, un doctorado estudiante de NC State y autor principal del artículo. "Los pseudocondensadores como el que discutimos en el documento pueden permitirnos desarrollar tecnologías que superen esa brecha".

Por este trabajo, los investigadores compararon dos materiales:un óxido de tungsteno cristalino y una capa, Hidrato de óxido de tungsteno cristalino, que consiste en capas de óxido de tungsteno cristalino separadas por capas de agua atómicamente delgadas.

Al cargar los dos materiales durante 10 minutos, los investigadores encontraron que el óxido de tungsteno regular almacenaba más energía que el hidrato. Pero cuando el período de carga fue de solo 12 segundos, el hidrato almacena más energía que el material regular. Una cosa que es intrigante los investigadores dicen, es que el hidrato almacena energía de manera más eficiente, desperdiciando menos energía en forma de calor.

"La incorporación de estas capas de solventes podría ser una nueva estrategia para los dispositivos de almacenamiento de energía de alta potencia que utilizan materiales en capas, Augustyn dice. Creemos que la capa de agua actúa como una vía que facilita la transferencia de iones a través del material.

"Ahora estamos avanzando con el trabajo financiado por la National Science Foundation sobre cómo ajustar esta llamada 'capa intermedia, ', lo que con suerte contribuirá a mejorar nuestra comprensión de estos materiales y nos acercará a los dispositivos de almacenamiento de energía de próxima generación ".

El papel, "Transición del comportamiento de la batería al pseudocondensador a través del agua estructural en óxido de tungsteno, "se publica en la revista Química de Materiales .