Los ingenieros mecánicos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de UCLA y otras cuatro instituciones han diseñado un electrodo súper eficiente y duradero para supercondensadores. El diseño del dispositivo se inspiró en la estructura y función de las hojas en las ramas de los árboles, y es más de 10 veces más eficiente que otros diseños.

El diseño del electrodo proporciona la misma cantidad de almacenamiento de energía, y entrega tanto poder, como electrodos similares, a pesar de ser mucho más pequeño y ligero. En experimentos, produjo un 30 por ciento más de capacitancia (la capacidad de un dispositivo para almacenar una carga eléctrica) para su masa en comparación con el mejor electrodo disponible hecho de materiales de carbono similares. y 30 veces mejor capacitancia por área. También produjo 10 veces más energía que otros diseños y retuvo el 95 por ciento de su capacitancia inicial después de más de 10, 000 ciclos de carga.

Su trabajo se describe en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía recargables que entregan más energía para su tamaño que las baterías de tamaño similar. También se recargan rápidamente, y duran de cientos a miles de ciclos de recarga. Hoy dia, se utilizan en los sistemas de frenado regenerativo de los coches híbridos y para otras aplicaciones. Los avances en la tecnología de supercondensadores podrían hacer que su uso se generalice como complemento de, o incluso reemplazo para, las baterías más familiares que los consumidores compran todos los días para los aparatos electrónicos domésticos.

Los ingenieros han sabido que los supercondensadores podrían hacerse más potentes que los modelos actuales, pero un desafío ha sido producir electrodos más eficientes y duraderos. Los electrodos atraen iones, que almacenan energía, a la superficie del supercondensador, donde esa energía se vuelve disponible para su uso. Los iones de los supercondensadores se almacenan en una solución de electrolitos. La capacidad de un electrodo para entregar energía almacenada rápidamente está determinada en gran parte por la cantidad de iones que puede intercambiar con esa solución:cuantos más iones puede intercambiar, cuanto más rápido pueda entregar energía.

Sabiendo que, los investigadores diseñaron su electrodo para maximizar su área de superficie, creando el mayor espacio posible para que atraiga electrones. Se inspiraron en la estructura de los árboles, que son capaces de absorber grandes cantidades de dióxido de carbono para la fotosíntesis debido a la superficie de sus hojas.

"A menudo encontramos inspiración en la naturaleza, y las plantas han descubierto la mejor manera de absorber sustancias químicas como el dióxido de carbono de su entorno, "dijo Tim Fisher, investigador principal del estudio y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de UCLA. "En este caso, usamos esa idea, pero a un ritmo mucho, escala mucho más pequeña, aproximadamente una millonésima parte del tamaño, De hecho."

Para crear el diseño de ramas y hojas, los investigadores utilizaron dos estructuras a nanoescala compuestas por átomos de carbono. Las "ramas" son matrices de huecos, nanotubos de carbono cilíndricos, alrededor de 20 a 30 nanómetros de diámetro; y las "hojas" son estructuras parecidas a pétalos de bordes afilados, unos 100 nanómetros de ancho, que están hechos de grafeno, láminas ultrafinas de carbono. Luego, las hojas se disponen en el perímetro de los tallos de los nanotubos. Los pétalos de grafeno en forma de hoja también dan estabilidad al electrodo.

Luego, los ingenieros formaron las estructuras en arreglos en forma de túnel, a través del cual los iones que transportan la energía almacenada fluyen con mucha menos resistencia entre el electrolito y la superficie para entregar energía de lo que lo harían si las superficies del electrodo fueran planas.

El electrodo también funciona bien en condiciones ácidas y altas temperaturas, Ambos entornos en los que se podrían utilizar supercondensadores.