Un poco de sodio ayuda mucho. Al menos ese es el caso de la tecnología energética basada en carbono. Específicamente, la incorporación de sodio en materiales de carbono puede mejorar enormemente los electrodos, lo que podría agilizar la producción de células solares y supercondensadores.

Un equipo de investigación dirigido por Yun Hang Hu, el profesor Charles y Carroll McArthur de ciencia e ingeniería de materiales en Michigan Tech, creó una forma totalmente nueva de sintetizar nanopartículas de carbono con incrustaciones de sodio. Previamente, el material era solo teórico y la revista Nano letras publicó recientemente esta invención.

Mejor que el grafeno

Alta conductividad eléctrica y gran superficie accesible, que se requieren para materiales de electrodos ideales en dispositivos de energía, se oponen entre sí en los materiales actuales. El carbono amorfo tiene baja conductividad pero una gran superficie. Grafito, por otra parte, tiene alta conductividad pero poca superficie. El grafeno tridimensional tiene lo mejor de ambas propiedades, y el carbono incrustado en sodio inventado por Hu en Michigan Tech es aún mejor.

"La conductividad del carbono incrustado en sodio es dos órdenes de magnitud mayor que la del grafeno tridimensional, "Hu dice." La estructura de nanopared, con todos sus canales y poros, también tiene una gran superficie accesible comparable al grafeno ".

Esto es diferente del carbono dopado con metal, donde los metales están simplemente en la superficie del carbono y se oxidan fácilmente; incrustar un metal en la estructura de carbono real ayuda a protegerlo. Para hacer un material de ensueño, Hu y su equipo tuvieron que crear un nuevo proceso. Utilizaron una reacción de temperatura controlada entre el sodio metálico y el monóxido de carbono para crear un polvo de carbón negro que atrapó los átomos de sodio. Es más, en colaboración con investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad de Texas en Austin, demostraron que el sodio estaba incrustado dentro del carbono en lugar de adherirse a la superficie del carbono.

Solo se requiere una cantidad minúscula de sodio incrustado para dar como resultado una alta conductividad para el carbono de gran área de superficie, lo que lo convierte en un material de electrodo prometedor para dispositivos de energía como células solares sensibilizadas con colorante y supercondensadores.

Células solares

Las células solares sensibilizadas por colorante (DSSC) son una alternativa a los paneles de silicio de uso común para la producción de electricidad a partir de la luz solar. El platino es el material de contraelectrodo actual de elección para los DSSC.

"Sin embargo, El carbono incrustado en sodio es menos costoso y más eficiente que el platino en estas células solares, "Hu dice.

En el mundo de las células solares sensibilizadas con colorantes, cada décima de porcentaje cuenta para hacer que los dispositivos sean más eficientes y comercialmente viables. En el estudio, la celda solar a base de platino alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 7,89 por ciento, que se considera estándar. En comparación, la célula solar que utiliza carbono incrustado en sodio de Hu alcanzó una eficiencia del 11,03 por ciento.

Supercondensador

Los supercondensadores pueden aceptar y entregar cargas mucho más rápido que las baterías recargables y son ideales para automóviles, trenes ascensores y otros equipos pesados. El poder de su ponche eléctrico se mide en faradios (F); la densidad del material, en gramos (g), también importa.

El carbón activado se usa comúnmente para supercondensadores; tiene un 71 F g ^-1 puñetazo. El grafeno tridimensional tiene más poder con 112 F g ^-1 medición. El carbono incrustado en sodio los saca a ambos del anillo con un 145 F g ^-1 medición. Más, después de 5, 000 ciclos de carga / descarga, el material retiene una capacidad del 96,4 por ciento, que indica la estabilidad del electrodo.

Baterías y más

El siguiente paso de la investigación será evaluar el material en otros dispositivos energéticos.

"En nuestra investigación, trabajamos tanto con teoría como con experimentos, ", dice Hu." Esto nos da una oportunidad única para crear nuevos materiales ".

Hu dice que la innovación en dispositivos energéticos tiene una gran demanda. Él ve un futuro brillante para el carbono incrustado en sodio y las mejoras que ofrece en la tecnología solar. baterías celdas de combustible, y supercondensadores.