Alta capacidad de almacenamiento y corto tiempo de carga
El nanomundo entre la batería y el condensador abre nuevas perspectivas
Los supercondensadores y las baterías son tipos de almacenamiento de energía con diferentes ventajas. Mientras que las baterías destacan por su gran capacidad de almacenamiento, los supercondensadores impresionan por su corto tiempo de carga. ¿Hay solapamientos en las tecnologías subyacentes? ¿Pueden combinarse las ventajas de ambos mundos? Esto es lo que analiza el equipo de autores dirigido por el Prof. Volker Presser del Instituto Leibniz de Nuevos Materiales (INM) de Saarbrücken y el Dr. Simon Fleischmann del Instituto Helmholtz de Ulm (HIU) en su artículo de perspectiva en la revista científica Nature Energy.
Incorporación de cationes en el nanoespacio entre capas del material 2D MXene
Volker Presser, INM
El tiempo es un bien precioso. Esto es especialmente cierto en el caso de los dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía: la batería del teléfono móvil casi vacía poco antes de salir de casa o el coche eléctrico que tiene que permanecer enchufado unas horas más antes de poder salir a visitar a los familiares. En estos casos, la gente quiere que los tiempos de carga sean lo más cortos posible. Sin embargo, los procesos de carga y descarga rápidos son extremadamente estresantes para los materiales de los electrodos de las baterías y acortan su vida útil. Los supercondensadores no tienen este problema: a diferencia de lo que ocurre en las baterías, aquí no hay iones incorporados a las redes cristalinas, sino que sólo se adhieren a la enorme superficie del carbón activado. Esto significa que almacenan mucha menos energía que las pilas, pero bastan unos segundos para recargar la célula.
Para combinar lo mejor de ambos mundos, la ciencia está investigando intensamente los llamados pseudocondensadores. Se trata de dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía que se comportan eléctricamente como un condensador y, por tanto, pueden cargarse con especial rapidez. Su mecanismo de almacenamiento de energía, por otra parte, funciona como el de una batería: la energía se almacena mediante la incrustación de iones en las redes cristalinas. Estas propiedades especiales pueden conseguirse a menudo utilizando materiales 2D como electrodos. El Dr. Simon Fleischmann, antiguo empleado del INM y estudiante de doctorado en la Universidad de Saarland y actual jefe de grupo de investigación en el Instituto Helmholtz de Ulm, explica: "Lo especial de los materiales 2D es su espacio flexible entre capas. Ajustando selectivamente la separación entre capas en el rango de 1 nanómetro, podemos observar interesantes nanoefectos en el llamado "confinamiento"." Lo que se quiere decir con esto es que los iones y los electrolitos, necesarios para el transporte de iones, se comportan de forma muy diferente en estos pequeños nanoespacios que en un gran volumen o en una superficie. La correcta "adecuación" del tamaño de los iones, el electrolito y el nanoespacio de la red de electrodos puede permitir un aumento significativo de la capacidad de almacenamiento de energía y de la capacidad de carga rápida.
El mecanismo de almacenamiento de los pseudocondensadores se ha asignado hasta ahora a condensadores o baterías. Las investigaciones actuales de un equipo internacional dirigido por la profesora Veronica Augustyn, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, han establecido un concepto unificador al respecto. "Vemos una transición continua desde los materiales muy clásicos de las baterías de iones de litio hasta el carbón activado ideal", explica Volker Presser, jefe del área de programa de materiales energéticos del INM. "Es importante entender esta transición gradual de la electrosorción a la intercalación como un espectro. Dependiendo del tamaño y la geometría del nanoespacio, los iones se desprenden (parcialmente) de sus envolturas electrolíticas y pueden sufrir procesos redox". Lo que nos lleva de nuevo a los materiales 2D como los MXenos o los óxidos metálicos estructurados en capas. "Especialmente el espacio entre capas de los materiales 2D es un gran campo de juego para nosotros en la ciencia de los materiales. Aquí podemos combinar el transporte rápido de iones y la alta capacidad de almacenamiento de energía a través de procesos redox reversibles mediante el diseño de materiales específicos", añade Simon Fleischmann.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
