Suponiendo que seas lo suficientemente geek como para abrir cualquier dispositivo móvil en el mercado:un teléfono, tableta o computadora portátil:el componente más obvio del dispositivo es la batería:generalmente consume hasta (si no más) el 60% del espacio.

Es decepcionante pensar que los dispositivos que llevas son básicamente paquetes de dispositivos de almacenamiento de energía. Piense en cuánto más portátiles podrían ser esos dispositivos si sus baterías fueran más pequeñas y más potentes.

Es posible que tales posibilidades no estén muy lejanas.

Condensadores electroquímicos, como un tipo emergente de dispositivo avanzado de almacenamiento de energía, tienen mejores atributos que sus contrapartes de baterías convencionales, como la capacidad de carga rápida y una vida útil casi ilimitada.

Hoy dia, en Ciencias , mis colegas y yo mostramos cómo se puede duplicar la capacidad de almacenamiento de energía de un condensador electroquímico manipulando una sola capa de átomos de carbono conocida como grafeno.

Evolución del condensador electroquímico

Si bien debería sorprendernos lo mucho que hemos aumentado la potencia informática en un espacio reducido (las primeras computadoras llenaron habitaciones enteras), la eficiencia de un dispositivo de almacenamiento de energía, la cantidad de energía almacenada por unidad de volumen, debe ponerse al día.

La idea de aumentar esta eficiencia es empacar más activos, materiales que almacenan energía en la misma cantidad de espacio. Tan simple como suena, es muy difícil de hacer.

Un material común utilizado en los dispositivos de almacenamiento de energía es el carbono poroso. El carbono poroso se produce acribillando un material base, como la cáscara de coco, con poros pequeños, aumentando la superficie del material base.

Los poros son importantes para el almacenamiento de energía capacitiva ya que, en términos generales, más poros significa mayor área de superficie para la adsorción física, lo que a su vez conduce a una mayor capacidad de almacenamiento.

Carbón poroso tradicional, una vez hecho, tiene un volumen fijo con poros fijos distribuidos aleatoriamente por dentro y por fuera.

Realmente no es posible reajustar la estructura y atascar más carbono poroso en la misma cantidad de espacio sin arrugar una fracción de los poros que son especialmente cruciales para el almacenamiento capacitivo de energía.

Introduciendo el grafeno

El grafeno, una hoja de átomos de carbono de una sola capa, se aisló por primera vez en 2004 y, desde entonces, se han dedicado grandes esfuerzos a explorar su física.

Es el material más delgado conocido por el hombre, pero más resistente que el diamante. Canaliza electrones prácticamente sin resistencia, convirtiéndolo en el material más conductor.

El grafeno también es el bloque de construcción fundamental para el carbono poroso, por lo que comenzar con el grafeno nos brinda el máximo control sobre la estructura porosa del carbono.

Para empacar materiales activos en una cierta cantidad de espacio tanto como sea posible, No es difícil descubrir que la forma más eficiente es empacar grafeno en forma de hoja de manera cara a cara, como se muestra en el diagrama siguiente.

Pero los problemas surgen cuando dos piezas de grafeno están demasiado juntas. Como imanes cuando se coloca más cerca de una distancia crítica, las láminas de grafeno se adherirán irreversiblemente entre sí, disminuyendo su superficie, y como un resultado, pierden su capacidad de almacenamiento de energía.

Por lo tanto, hay un punto óptimo donde el empaque de grafeno, ni muy suelto ni muy compacto, es perfecto:carga máxima sin perjudicar su capacidad para almacenar energía.

Solo agrega liquido

Encontrar ese punto óptimo requiere un ajuste fino de la estructura a nanoescala. Si piensa en un material duro que no se deforma fácilmente, esto parece un desafío, pero es natural que un líquido adopte cualquier forma en la que esté contenido.

Inspirado por esto, Usamos líquidos como mediadores entre las hojas de grafeno y logramos ajustar el empaque de grafeno en películas de una manera casi continua. dándonos lo que llamamos grafeno "suave".

Los condensadores electroquímicos basados ​​en las películas resultantes pueden obtener densidades de energía volumétricas cercanas a los 60 vatios-hora por litro, que se acerca a la de las baterías de plomo-ácido que se encuentran en los automóviles.

Nuestro trabajo, como un ejemplo de las muchas características "suaves" del grafeno, alentará a los investigadores de los campos del grafeno y de la materia blanda a desarrollar nuevos conceptos "suaves" para abordar los desafíos científicos y técnicos clave relacionados con la síntesis escalable, procesamiento y ensamblaje de materiales relacionados con el grafeno.

Creemos que la implementación de esta tecnología revolucionará muchas secciones energéticas, como dispositivos electrónicos personales de carga rápida y asequibles, vehículos eléctricos de larga distancia.

Esta historia se publicó por cortesía de The Conversation (bajo Creative Commons-Attribution / Sin derivados).