Los supercondensadores de grafeno creados con el proceso de 'fabricación de papel tradicional' rivalizan con la capacidad de las baterías de plomo-ácido

Condensadores (no de grafeno)

Los ingenieros de materiales de la Universidad de Monash en Australia han ideado un método para producir supercondensadores de grafeno que tienen la misma densidad de energía que la batería de plomo-ácido debajo del capó de su automóvil. Estos supercondensadores no solo son 10 veces más densos en energía que los dispositivos comerciales, sino que el método de producción del grafeno dentro de los supercondensadores también parece ser novedoso. Los ingenieros dicen que utilizaron un proceso que es similar a la fabricación de papel tradicional, y que podría ampliarse de manera fácil y rentable para la producción comercial de grafeno y supercapacidades basadas en grafeno.

Los supercondensadores son esencialmente baterías pequeñas que se pueden recargar y descargar casi instantáneamente. Si bien esto da como resultado una densidad de potencia muy alta (muchos vatios), su densidad de energía es generalmente muy baja (vatios-hora). Para un supercondensador convencional, estamos hablando de una densidad de potencia que es de 10 a 20 veces mayor que una batería convencional de iones de litio o de plomo-ácido, pero por otro lado, la densidad de energía es de 10 a 20 veces peor. En resumen, los supercondensadores son fantásticos para cuando necesita una pequeña ráfaga de energía, como una rápida ráfaga de aceleración de el sistema de recuperación de energía cinética de un automóvil (KERS), pero inútil para alimentar los dispositivos electrónicos de consumo cotidianos, como su teléfono inteligente.

Grafeno



El grafeno, sin embargo, podría cambiar todo eso. La cantidad de energía almacenada por un condensador electroquímico está estrechamente relacionada con la cantidad de electrolito portador de carga que entra en contacto con los electrodos. Cuanto mayor sea el área de superficie de los electrodos, más iones portadores de carga se pueden adsorber (adherir) a los electrodos, almacenando así más energía. Probablemente pueda ver a dónde va esto. Debido a que el grafeno es la sustancia más delgada conocida, es capaz de proporcionar una superficie asombrosamente grande; en algún lugar del orden de miles de metros cuadrados (eso es múltiples canchas de tenis) por gramo. El área de superficie es tan grande que el grafeno podría usarse para crear supercondensadores que acorten la enorme brecha de densidad de energía entre las supercapacidades y las baterías, sin dejar de retener una enorme densidad de potencia.

Esa es la teoría, de todos modos. El problema, por supuesto, como con todo lo relacionado con el grafeno, es que todavía es muy difícil producir grafeno de grado comercial en masa. Sin embargo, los ingenieros de Monash afirman haber resuelto este problema mediante un proceso basado en soluciones que es 'similar al utilizado en la fabricación de papel tradicional'. Básicamente, comienzan con óxido de grafito (grafeno), que se reduce a escamas de grafeno de bajo grado usando una solución de hidracina y amoníaco. Luego, se agregan el electrolito y un solvente a la mezcla. A medida que la mezcla se seca, el solvente volátil se evapora, provocando una acción capilar para succionar los copos de grafeno juntos, con el electrolito encajado entre cada uno de los copos. Finalmente, los ingenieros se quedan con algo que se asemeja a una hoja de papel negra: millones de capas de grafeno, con montones de electrolitos que transportan cargas.

Grafeno

La acción capilar absorbe las escamas de grafeno juntas, creando una estructura densa que es similar al papel.

Cuando se convierte en un condensador electroquímico, este material similar al papel tiene una densidad de energía volumétrica de casi 60 vatios-hora por litro (Wh / l), que es casi comparable a una batería de plomo-ácido. Retiene aproximadamente el 90% de su capacitancia después de 50.000 ciclos de carga / descarga, e incluso retiene el 90% de su carga después de 300 horas.

Dan Li, el profesor que dirigió el trabajo, dice: “Hemos creado un material de grafeno macroscópico que es un paso más allá de lo que se había logrado anteriormente. Está casi en la etapa de pasar del laboratorio al desarrollo comercial '. No se sabe cuándo llegarán al mercado estos condensadores de grafeno, pero la reducción química de óxido de grafito basada en solución es una de las rutas más probables para la comercialización del grafeno.

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