(Phys.org) —El grafeno, el material más delgado del mundo aislado en la Universidad de Manchester, podría hacer que las baterías sean livianas, durable y adecuado para almacenamiento de energía de alta capacidad a partir de generación renovable.

Manchester es el hogar del grafeno, ya que el alótropo de carbono 'bidimensional' de un átomo de espesor se aisló por primera vez aquí en 2004. La Universidad de Manchester es una potencia para la investigación aplicada y fundamental del grafeno, con el Instituto Nacional de Grafeno a la cabeza.

El grafeno promete una revolución en la ingeniería eléctrica y química. Es un potente conductor, extremadamente ligero, químicamente inerte y flexible con una gran superficie. Podría ser el candidato perfecto para almacenamiento de energía de alta capacidad.

Poco después del aislamiento del grafeno, Las primeras investigaciones ya demostraron que las baterías de litio con grafeno en sus electrodos tenían una mayor capacidad y vida útil que los diseños estándar.

Un nuevo proyecto 'Almacenamiento de energía electroquímica con materiales habilitados para grafeno' está explorando diferentes formas de reducir el tamaño y el peso de las baterías y extender su vida útil agregando grafeno como material componente.

"Pero antes de construir las baterías, necesitamos saber cómo interactuará el grafeno con los componentes químicos, específicamente los electrolitos, "comenta el profesor Andrew Forsyth de la Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica.

Su colega, el profesor Robert Dryfe de la Facultad de Química, realiza experimentos para analizar las interacciones químicas entre el grafeno y los iones de litio. El profesor Dryfe también está explorando la rapidez con la que se transfieren los electrones a través del grafeno y la magnitud de la capacitancia, la cantidad de energía eléctrica que se puede almacenar en las superficies de grafeno.

Los académicos están trabajando con varios socios comerciales, incluido Rolls-Royce, Materiales avanzados de Sharp y Morgan. La asociación comercial es crucial para desarrollar las futuras aplicaciones del grafeno. Graphene @ Manchester trabaja actualmente con más de 30 empresas de todo el mundo en proyectos de investigación y aplicaciones.

Otro enfoque del proyecto son los supercondensadores basados ​​en grafeno, que tienden a tener una capacidad de alta potencia y una vida útil más larga que las baterías, pero menor capacidad de almacenamiento de energía. Sin embargo, prometen mucho complementar las baterías como parte de una solución de almacenamiento integrada.

Según el profesor Forsyth, una combinación de baterías de grafeno y supercondensadores podría dar un impulso importante a las ventas de automóviles eléctricos. Hoy en día, estos vehículos ecológicos funcionan con baterías que pesan 200 kg, hasta tres pasajeros. Al reducir el peso de las baterías, el grafeno debería impulsar la eficiencia del vehículo y aumentar la autonomía de conducción de los coches eléctricos a más de 100 km, una limitación que actualmente impide su aceptación generalizada.

"Si podemos ampliar las distancias que pueden recorrer los coches entre los puntos de carga, los haremos más populares al instante, "Afirma el profesor Forsyth." Pero, ¿cómo van a hacer frente las baterías a las tensiones de conducción de la vida real? Los coches eléctricos, como todos los demás vehículos, no se conducen sin problemas. Los picos dramáticos en la demanda de energía a medida que los conductores aceleran presionarán la batería y potencialmente limitarán su vida útil ".

Para probar si los prototipos de baterías de grafeno y supercondensadores están a la altura del trabajo, El profesor Forsyth los expondrá a tensiones del mundo real que imitan diferentes perfiles de conducción. "Incluso podemos probar la tecnología para conducir en condiciones climáticas extremas, ", agregó." Muchas baterías tienen dificultades para funcionar en condiciones frías, pero nuestra cámara meteorológica revelará cualquier debilidad ".

Por supuesto, El almacenamiento a base de grafeno no se limita al transporte. Podría desempeñar un papel importante en el futuro de la Red Nacional, ya que Gran Bretaña se vuelve cada vez más dependiente de las energías renovables. "Si dependemos de la energía solar y eólica para producir energía, ¿Qué pasará cuando las nubes bloqueen el sol y el viento sea solo una brisa? ", pregunta el profesor Forsyth." Si podemos desarrollar un almacenamiento eléctrico de alta capacidad, los operadores podrán almacenar electricidad para épocas de baja generación ".

Se está instalando un sistema de conversión y batería a escala de red en el campus de Manchester para probar el almacenamiento eléctrico a gran escala. Los investigadores utilizarán el sistema de baterías para desarrollar métodos para controlar el flujo de electricidad y conciliar las diferencias entre la generación de energía y la demanda local.