Vivimos en tiempos modernos que está lleno de electrónica. Teléfonos inteligentes laptops, tabletas, y muchos otros dispositivos necesitan energía eléctrica para funcionar. Los dispositivos portátiles nos facilitaron la vida, por lo que son deseables soluciones novedosas en energía limpia y su almacenamiento. Las baterías de iones de litio (Li-ion) son las soluciones más comunes que dominan el mercado global y son un gran problema debido a su insuficiente recuperación. Debido a su poder limitado, ciclo de vida corto, y naturaleza no respetuosa con el medio ambiente, Los científicos se centraron recientemente en soluciones novedosas como supercondensadores que ofrecen mucho más que baterías. ¿Por qué? Echemos un vistazo más de cerca a estos dispositivos.

Los supercondensadores reúnen las propiedades de un condensador estándar y la batería de iones de litio. En la práctica, Estos dispositivos almacenan más energía que los condensadores y entregan energía más rápido que las baterías. Su secreto está en el interior ocultando dos componentes esenciales. El primero son dos electrodos altamente porosos hechos del material que conduce la electricidad; estos electrodos están separados por una membrana para evitar un atajo. El segundo es un electrolito que juega un papel crucial en los supercondensadores. El electrolito tiene muchos iones que están cerca unos de otros y llenan los poros. Hay dos tipos de iones:cargados positivamente llamados cationes y cargados negativamente llamados aniones.

Cuando el dispositivo está encendido (la diferencia de potencial se aplica entre estos dos electrodos), los iones comienzan a viajar dentro y fuera de los poros (los cationes y aniones se mueven en direcciones opuestas), y la corriente eléctrica fluye. Uno de los materiales más utilizados que mantiene la porosidad es el carbón activado. Si los poros son grandes, el dispositivo se carga rápido pero almacena poca energía. Si los poros son estrechos, el dispositivo proporciona más energía pero se carga más lentamente. ¿Significa que más pequeño es mejor? Sí, sin embargo, la velocidad de los iones pensó que era necesario acelerar su viaje por los poros.

Recientemente, un grupo internacional dirigido por Svyatoslav Kondrat del Instituto de Química Física, La Academia de Ciencias de Polonia (IPC PAS) presentó un trabajo de investigación que describe cómo acelerar el transporte de iones en poros estrechos. ¿Por qué? Para cargar el supercondensador más rápido. En primer lugar, investigadores centrados en la teoría. Presentaban poros en forma de rendijas con un tamaño de aproximadamente 0,6 nm, es decir, 0,6 metros divididos en mil millones de piezas, un poco más grande que el propio ion, mientras que su longitud era inferior a 20 nm. ¡Qué tamaño tan pequeño! Es incluso más pequeño que los virus.

Cuando los electrodos están polarizados (el potencial externo se aplica a los electrodos para empujar iones en direcciones particulares), los iones fuera de los poros se precipitan hacia los poros. Imagina que se mueven como autos en una carretera entrando en un túnel muy estrecho. Sin embargo, en lugar de dos, Tres, o cuatro carriles en direcciones opuestas, todos los carriles están fusionados. Cuando los autos van rápido la carretera está muy concurrida, y pueden bloquear rápidamente el túnel y atascarse en el tráfico. Lo mismo ocurre con los iones. Cuando la diferencia de potencial aplicada a un electrodo varía demasiado rápido, Los iones que entran en los poros del electrodo bloquean los iones que intentan salir de los poros. De este modo, los poros están obstruidos. ¿Qué significa en la práctica?

Las malas noticias, significa una carga más lenta (menor densidad de potencia) del supercondensador. Los investigadores propusieron la solución:no empujemos los iones demasiado rápido, pero bien, tampoco demasiado lento; ajustemos la velocidad en un pequeño paso. Basado en su idea, realizaron múltiples y complejas simulaciones por computadora que dieron resultados prometedores. Esa era una teoría. ¿Y la práctica? Svyatoslav Kondrat dice:"Tuvimos los resultados de la simulación, y teníamos curiosidad por saber cómo funciona en la práctica ". Los experimentos realizados en Volker Presser (INM, Saarbrücken) utilizó electrodos altamente porosos llenos de iones. Los investigadores han demostrado que los iones pueden viajar más rápido sin obstruir los poros cuando se tratan con pequeños impulsos eléctricos en lugar de una carga o descarga abrupta. De esta manera, descubrieron cómo acelerar los procesos de carga y descarga incluso si los poros del electrodo son tan estrechos como solo 0,6 nm. La investigación se realizó bajo una colaboración internacional y se informó el 30 de noviembre en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Svyatoslav Kondrat dice:"Los resultados son alentadores. Es emocionante que también se pueda acelerar la descarga. Es como hacer que los autos abandonen el túnel más rápido, aunque solo tengas control sobre los coches fuera del túnel. Esto es relevante para algunos procesos como la desalinización capacitiva de agua, donde la velocidad de operación es muy importante ".

Sus hallazgos abren nuevas oportunidades para acelerar enormemente la carga y descarga incluso en poros subnanométricos. Este enfoque de la aplicación de la nueva solución puede proporcionar un nuevo camino para un uso más generalizado de estos dispositivos electroquímicos respetuosos con el medio ambiente.