Los científicos han creado una nueva generación de productos de bajo costo, supercondensadores de alta energía para propulsar vehículos eléctricos.

Investigadores del Imperial College London y University College London (UCL) han producido un material de electrodo más sostenible y denso en energía para supercondensadores que podría allanar el camino para una mayor penetración en el mercado de esta alta potencia, Tecnología de vehículos eléctricos de carga rápida.

En el estudio, publicado en Ciencia avanzada , el equipo usó lignina, un subproducto de base biológica de la industria del papel, para crear electrodos independientes con capacidad de almacenamiento de energía mejorada.

Los investigadores dicen que esto podría cambiar las reglas del juego para la tecnología de supercondensadores existente, proporcionando un alternativa más sostenible a los modelos actuales. El equipo enfatiza la importancia de reducir el costo de producción de electrodos a base de carbono y la dependencia de materiales críticos para que los supercondensadores independientes jueguen un papel importante en la descarbonización de la industria del transporte junto con las baterías y las pilas de combustible.

Materiales sostenibles

Usando lignina en lugar del costoso carbono a base de grafeno, el equipo produjo una estructura independiente que es más liviana y más pequeña que los modelos actuales sin comprometer la capacidad de almacenamiento de energía. Esto los hace ideales para su uso en vehículos eléctricos de corta distancia como autobuses, taxis y tranvías donde tienen la capacidad de cobrar el tiempo que tardan los pasajeros en bajar y subir a un vehículo.

La coautora correspondiente, la Dra. Maria Crespo Ribadeneyra del Departamento de Ingeniería Química de Imperial, dijo:"Los supercondensadores son un candidato ideal para el transporte eléctrico dentro de los centros urbanos, donde la contaminación es una preocupación cada vez más acuciante. Sin embargo, a menudo se pasan por alto debido al alto costo de producción.

"Nuestra investigación se basa en un material biológico sostenible y de bajo costo que puede almacenar más energía por unidad de volumen que muchas otras alternativas costosas. Esto es particularmente importante en el sector automotriz, donde la optimización del espacio y los costes de los componentes es crucial ".

La coautora correspondiente, la profesora Magda Titirici del Departamento de Ingeniería Química de Imperial, agregó:"La creación de materiales multifuncionales sostenibles a partir de flujos de biomasa residual como la lignina permitirá una cadena de suministro sostenible y asequible para materiales energéticos en el futuro y eliminará nuestra dependencia de materiales como el litio.

"La idea de presionar varios papeles de carbón independientes para almacenar más carga en un volumen pequeño es innovadora y tiene potencial para el desarrollo estructural futuro. Imagine que, en lugar de que los electrodos se apoyen en la carcasa de un teléfono o en el techo de un automóvil, son el caso o el techo ".

Microestructuras a medida

La técnica innovadora desarrollada por el equipo en este estudio utilizó esteras de nanofibras de lignina electrohiladas que comprimieron juntas en una estructura densa. Esto les permitió adaptar la microestructura interna de los electrodos al reducir la cantidad de poros de tamaño micrométrico que no contribuyen al almacenamiento de energía. conservando la porosidad de las fibras individuales que almacenan carga eléctrica. Este trabajo fue posible gracias al uso de imágenes avanzadas similares a los rayos X para ver las microestructuras internas en tres dimensiones.

El Dr. Rhodri Jervis del Laboratorio de Innovación Electroquímica (EIL) en UCL y coautor explicó:"Abordar el gran desafío de la electrificación generalizada requerirá una variedad de dispositivos de almacenamiento y conversión de energía para trabajar en armonía entre sí, utilizando materiales avanzados y sostenibles.

"Desde baterías hasta pilas de combustible y supercondensadores, es clave comprender la microestructura de los materiales utilizados en estos dispositivos para poder realizar mejoras en las tecnologías actuales. En nuestro laboratorio hemos estado desarrollando enfoques de imágenes avanzados para ver y evaluar estas microestructuras en tres dimensiones, y este trabajo destaca el beneficio de las imágenes en 3D para desentrañar el potencial de los nuevos materiales en el almacenamiento de energía ".

El equipo de investigación ahora está trabajando para garantizar que esta tecnología pueda volverse comercialmente viable. Actualmente están desarrollando un nuevo supercondensador con un electrolito no corrosivo y más rentable que podría implementarse en dispositivos comerciales.