Imagínese si su computadora portátil o teléfono muerto pudiera cargarse en un minuto o si un automóvil eléctrico pudiera funcionar completamente en 10 minutos.
Si bien aún no es posible, una nueva investigación realizada por un equipo de científicos de CU Boulder podría conducir a tales avances.
Publicado hoy en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , los investigadores del laboratorio de Ankur Gupta descubrieron cómo pequeñas partículas cargadas, llamadas iones, se mueven dentro de una compleja red de minúsculos poros. El avance podría conducir al desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía más eficientes, como supercondensadores, afirmó Gupta, profesor asistente de ingeniería química y biológica.
"Dado el papel fundamental de la energía en el futuro del planeta, me sentí inspirado a aplicar mis conocimientos de ingeniería química al avance de los dispositivos de almacenamiento de energía", dijo Gupta. "Parecía que el tema estaba poco explorado y, como tal, era la oportunidad perfecta".
Gupta explicó que se utilizan varias técnicas de ingeniería química para estudiar el flujo en materiales porosos, como depósitos de petróleo y filtración de agua, pero no se han utilizado por completo en algunos sistemas de almacenamiento de energía.
El descubrimiento es importante no sólo para el almacenamiento de energía en vehículos y dispositivos electrónicos, sino también para las redes eléctricas, donde la fluctuación de la demanda de energía requiere un almacenamiento eficiente para evitar el desperdicio durante períodos de baja demanda y garantizar un suministro rápido durante alta demanda.
Los supercondensadores, dispositivos de almacenamiento de energía que dependen de la acumulación de iones en sus poros, tienen tiempos de carga rápidos y una vida útil más larga en comparación con las baterías.
"El principal atractivo de los supercondensadores reside en su velocidad", afirmó Gupta. "Entonces, ¿cómo podemos acelerar la carga y liberación de energía? Mediante un movimiento más eficiente de los iones."
Sus hallazgos modifican la ley de Kirchhoff, que ha gobernado el flujo de corriente en los circuitos eléctricos desde 1845 y es un elemento básico en las clases de ciencias de los estudiantes de secundaria. A diferencia de los electrones, los iones se mueven debido tanto a los campos eléctricos como a la difusión, y los investigadores determinaron que sus movimientos en las intersecciones de los poros son diferentes de lo que se describe en la ley de Kirchhoff.
Antes del estudio, los movimientos iónicos solo se describían en la literatura en un poro recto. A través de esta investigación, se puede simular y predecir en unos minutos el movimiento de iones en una red compleja de miles de poros interconectados.
"Ese es el gran avance del trabajo", dijo Gupta. "Encontramos el eslabón que faltaba."
