Hubo un momento durante el desarrollo inicial de la electrónica portátil en el que el mayor obstáculo a superar era hacer que el dispositivo fuera lo suficientemente pequeño como para ser considerado portátil. Después de la invención del microprocesador a principios de la década de 1970, miniatura, Los dispositivos electrónicos portátiles se han convertido en algo común y, desde entonces, el siguiente desafío ha sido encontrar una fuente de energía igualmente pequeña y confiable. Las baterías químicas almacenan mucha energía pero requieren un largo período de tiempo para que esa energía se cargue y descargue, además de tener una vida útil limitada. Los condensadores se cargan rápidamente pero no pueden almacenar suficiente carga para funcionar durante el tiempo suficiente para ser prácticos. Una posible solución es algo llamado micro-supercondensador de estado sólido (MSC). Los supercondensadores están armados con la energía de una batería y también pueden mantener esa energía durante un período de tiempo prolongado. Los investigadores han intentado crear MSC en el pasado utilizando varios híbridos de metales y polímeros, pero ninguno era adecuado para su uso práctico. En ensayos más recientes que utilizaron grafeno y nanotubos de carbono para producir MSC, los resultados fueron igualmente mediocres.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por Young Hee Lee, incluidos científicos del Centro de Física de Nanoestructuras Integradas del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) y del Departamento de Ciencias de la Energía de la Universidad de Sungkyunkwan en Corea del Sur, ha ideado una nueva técnica para crear un MSC que no tiene las deficiencias de los intentos anteriores, sino que ofrece un alto rendimiento electroquímico.
Al diseñar algo nuevo y complejo, a veces, la mejor inspiración es la que ya se encuentra en la naturaleza. El equipo modeló su estructura de película de MSC en hojas con textura de venas naturales para aprovechar las vías de transporte naturales que permiten una difusión de iones eficiente paralela a los planos de grafeno que se encuentran dentro de ellas.
Para crear esta final, forma eficiente, el equipo colocó capas de una película híbrida de grafeno con nanocables de hidróxido de cobre. Después de muchas capas alternas, lograron el grosor deseado, y añadió una solución ácida para disolver los nanocables de modo que solo quedara una fina película con nanoimpresiones.
Para fabricar los MSC, la película se aplicó a una capa de plástico con una capa fina de ~ Tiras de oro paralelas de 5μm de largo colocadas en la parte superior. Todo lo que no estaba cubierto por las tiras de oro se grabó químicamente de modo que solo quedaron las tiras de oro en la parte superior de una capa de película. Se agregaron almohadillas de contacto de oro perpendiculares a las tiras de oro y se llenó un gel conductor en los espacios restantes y se dejó solidificar. Una vez despegado de la capa de plástico, los MSC terminados se asemejan a una cinta transparente con cables eléctricos dorados en lados opuestos.
El equipo produjo resultados de prueba asombrosos. Además de su densidad energética superior, la película es muy flexible y de hecho aumenta la capacitancia después del uso inicial. La densidad de energía volumétrica fue 10 veces mayor que la de los supercondensadores comerciales disponibles actualmente y también muy superior a cualquier otra investigación reciente. Los MSC muestran propiedades eléctricas cinco órdenes de magnitud más altas que las baterías de litio similares y son comparables a las existentes, supercondensadores más grandes. Según Lee, "Hasta donde sabemos, la densidad de energía volumétrica y la densidad de potencia volumétrica máxima en nuestro trabajo son los valores más altos entre todos los MSC de estado sólido basados en carbono informados hasta la fecha ".
En el futuro, los consumidores probablemente alimentarán sus dispositivos con MSC en lugar de baterías. Aplicaciones para luz, almacenamiento de energía confiable combinado con una larga vida útil y un tiempo de carga / descarga rápido. Los MSC del equipo podrían integrarse en un chip de circuito electrónico como fuentes de energía para aplicaciones prácticas como dispositivos médicos implantables, etiquetas de identificación de radiofrecuencia activas, y micro robots. Si los ingenieros utilizan la increíble flexibilidad del material, estos MSC podrían utilizarse en portátiles, estirable e incluso dispositivos electrónicos portátiles.
