Un nuevo estudio echa por tierra la sabiduría convencional y desvela el futuro de los dispositivos electroquímicos
"Nuestros hallazgos desafían la comprensión convencional del proceso de carga en dispositivos electroquímicos"
Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Cambridge revela un sorprendente descubrimiento que podría transformar el futuro de los dispositivos electroquímicos. Los hallazgos ofrecen nuevas oportunidades para el desarrollo de materiales avanzados y la mejora del rendimiento en campos como el almacenamiento de energía, la computación cerebral y la bioelectrónica.
Ilustración artística de un polímero electrónico en agua que conduce cargas iónicas y electrónicas.
Scott T. Keene
Los dispositivos electroquímicos dependen del movimiento de partículas cargadas, tanto iones como electrones, para funcionar correctamente. Sin embargo, comprender cómo estas partículas cargadas se mueven juntas ha supuesto un reto importante que ha obstaculizado el progreso en la creación de nuevos materiales para estos dispositivos.
En el campo de la bioelectrónica, en rápida evolución, se utilizan materiales conductores blandos conocidos como polímeros conjugados para desarrollar dispositivos médicos que puedan utilizarse fuera de los entornos clínicos tradicionales. Por ejemplo, este tipo de materiales puede emplearse para fabricar sensores portátiles que controlen a distancia la salud de los pacientes o dispositivos implantables que traten activamente enfermedades.
La mayor ventaja del uso de electrodos de polímeros conjugados para este tipo de dispositivos es su capacidad para acoplar a la perfección iones, responsables de las señales eléctricas en el cerebro y el cuerpo, con electrones, los portadores de las señales eléctricas en los dispositivos electrónicos. Esta sinergia mejora la conexión entre el cerebro y los dispositivos médicos, traduciendo eficazmente entre estos dos tipos de señales.
En este último estudio sobre electrodos de polímeros conjugados, publicado en Nature Materials, los investigadores informan de un descubrimiento inesperado. Convencionalmente se cree que el movimiento de los iones es la parte más lenta del proceso de carga porque son más pesados que los electrones. Sin embargo, el estudio revela que en los electrodos de polímeros conjugados, el movimiento de los "agujeros" -espacios vacíos a los que se desplazan los electrones- puede ser el factor limitante de la rapidez con que se carga el material.
Utilizando un microscopio especializado, los investigadores observaron de cerca el proceso de carga en tiempo real y descubrieron que, cuando el nivel de carga es bajo, el movimiento de los agujeros es ineficaz, lo que provoca que el proceso de carga se ralentice mucho más de lo previsto. En otras palabras, y contrariamente a lo que se sabe, en este material los iones conducen más rápido que los electrones.
Este hallazgo inesperado proporciona una valiosa información sobre los factores que influyen en la velocidad de carga. Y lo que es más emocionante, el equipo de investigadores también determinó que, manipulando la estructura microscópica del material, es posible regular la velocidad a la que se mueven los agujeros durante la carga. Este nuevo control y la capacidad de afinar la estructura del material podrían permitir a los científicos diseñar polímeros conjugados con un rendimiento mejorado, permitiendo procesos de carga más rápidos y eficientes.
"Nuestros descubrimientos desafían la comprensión convencional del proceso de carga en los dispositivos electroquímicos", afirma el primer autor Scott Keene, del Laboratorio Cavendish de Cambridge y de la División de Ingeniería Eléctrica. "El movimiento de los huecos, que actúan como espacios vacíos a los que se desplazan los electrones, puede ser sorprendentemente ineficiente durante niveles bajos de carga, provocando ralentizaciones inesperadas".
Las implicaciones de estos hallazgos son de gran alcance, ya que ofrecen una vía prometedora para la investigación y el desarrollo futuros en el campo de los dispositivos electroquímicos para aplicaciones como la bioelectrónica, el almacenamiento de energía y la computación cerebral.
"Este trabajo aborda un antiguo problema de la electrónica orgánica al esclarecer los pasos elementales que tienen lugar durante el dopaje electroquímico de polímeros conjugados y destacar el papel de la estructura de bandas del polímero", afirma George Malliaras, autor principal del estudio y Catedrático Príncipe Felipe de Tecnología en la División de Ingeniería Eléctrica del Departamento de Ingeniería.
"Con un conocimiento más profundo del proceso de carga, ahora podemos explorar nuevas posibilidades en la creación de dispositivos médicos de vanguardia que puedan integrarse a la perfección en el cuerpo humano, tecnologías para llevar puestas que proporcionen un control de la salud en tiempo real y nuevas soluciones de almacenamiento de energía con una eficiencia mejorada", concluyó el profesor Akshay Rao, coautor principal, también del Laboratorio Cavendish de Cambridge.
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 Inglés se puede encontrar aquí.
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