Sumergiendo papel o tela ordinarios en una tinta especial impregnada de nanopartículas, El ingeniero de Stanford, Yi Cui, ha encontrado una manera de fabricar baterías y supercondensadores de papel livianos de manera económica y eficiente (que, como pilas, almacenar energía, pero por medios electrostáticos en lugar de químicos), así como estirable, Textiles conductores conocidos como "eTextiles" - capaces de almacenar energía mientras retienen las propiedades mecánicas del papel o tela ordinarios.

Si bien la tecnología aún es nueva, El equipo de Cui ha previsto numerosos usos funcionales para sus inventos. Las casas del futuro podrían algún día revestirse con papel tapiz que almacene energía. Los amantes de los gadgets podrían cargar sus dispositivos portátiles sobre la marcha, simplemente enchufarlos a un tomacorriente tejido en sus camisetas. Los textiles energéticos también se pueden utilizar para crear prendas de exhibición en movimiento, ropa deportiva reactiva de alto rendimiento y potencia portátil para el equipo de batalla de un soldado.

Los ingredientes clave en el desarrollo de estos productos de alta tecnología no son visibles para el ojo humano. Nanoestructuras, que se pueden ensamblar en patrones que les permitan transportar electricidad, puede proporcionar las soluciones a una serie de problemas encontrados con los dispositivos de almacenamiento eléctrico actualmente disponibles en el mercado.

El tipo de nanopartícula utilizada en los dispositivos experimentales del grupo Cui varía según la función prevista del producto:el óxido de litio y cobalto es un compuesto común utilizado para las baterías, mientras que los nanotubos de carbono de pared simple, o SWNT, se utilizan para supercondensadores.

Cui, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford, lidera un grupo de investigación que investiga nuevas aplicaciones de materiales a nanoescala. El objetivo, dijo Cui, no es solo dar respuesta a preguntas teóricas, sino también perseguir proyectos con valor práctico. Recientemente, su equipo se ha centrado en formas de integrar la nanotecnología en el ámbito del desarrollo energético.

"El almacenamiento de energía es un campo de investigación bastante antiguo, "dijo Cui." Supercondensadores, baterías - esas cosas son viejas. ¿Cómo logras realmente un impacto revolucionario en este campo? Requiere una diferencia de pensamiento bastante dramática ".

Si bien los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica han recorrido un largo camino desde que Alessandro Volta debutó con la primera celda eléctrica del mundo en 1800, la tecnología se enfrenta a otra revolución. Los métodos actuales de fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía pueden ser intensivos en capital y peligrosos para el medio ambiente. y los productos finales tienen limitaciones de rendimiento notables:las baterías de iones de litio convencionales tienen una capacidad de almacenamiento limitada y son costosas de fabricar, mientras que los condensadores tradicionales proporcionan alta potencia pero a expensas de la capacidad de almacenamiento de energía.

Con un poco de ayuda de la nueva ciencia, Es posible que las baterías del futuro no se parezcan en nada a las voluminosas unidades de metal a las que nos hemos acostumbrado. La nanotecnología se ve favorecida como remedio tanto por su atractivo económico como por su capacidad para mejorar el rendimiento energético en los dispositivos que la integran. Reemplazar los ánodos de carbono (grafito) que se encuentran en las baterías de iones de litio por ánodos de nanocables de silicio, por ejemplo, tiene el potencial de aumentar su capacidad de almacenamiento en 10 veces, según los experimentos realizados por el equipo de Cui.

El silicio se había reconocido anteriormente como un material de ánodo favorable porque puede contener una mayor cantidad de litio que de carbono. Pero las aplicaciones del silicio estaban limitadas por su incapacidad para soportar el estrés físico, es decir, el aumento de volumen cuádruple que experimenta el silicio cuando los iones de litio se adhieren a un ánodo de silicio en el proceso de carga de una batería, así como la contracción que se produce cuando los iones de litio se extraen a medida que se descargan. El resultado fue que las estructuras de silicio se desintegrarían, haciendo que los ánodos de este material pierdan gran parte, si no toda, de su capacidad de almacenamiento.

Cui y colaboradores demostraron en publicaciones anteriores en Nature, Nanotecnología y Nano Letras que el uso de electrodos de batería de nanocables de silicio, mecánicamente capaz de resistir la absorción y descarga de iones de litio, era una forma de evitar el problema.

Los hallazgos son prometedores para el desarrollo de baterías de litio recargables que ofrecen un ciclo de vida más largo y una mayor capacidad energética que sus contemporáneas. La tecnología de nanocables de silicio puede que algún día encuentre un hogar en los coches eléctricos, dispositivos electrónicos portátiles y aparatos médicos implantables.

Cui ahora espera dirigir su investigación hacia el estudio de la "ciencia sólida" detrás de las propiedades eléctricas de los nanomateriales y el diseño de aplicaciones del mundo real.

"Este es el momento adecuado para ver realmente lo que aprendemos de la nanociencia y hacer aplicaciones prácticas que son extremadamente prometedoras, "dijo Cui." La belleza de esto es, combina la tecnología de menor costo que pueda encontrar con la nanotecnología de la más alta tecnología para producir algo grandioso. Creo que esta es una idea muy emocionante ... un gran impacto para la sociedad ".