La TU Graz investiga un supercondensador híbrido
Investigadores de la TU Graz han investigado el almacenamiento de energía en un supercondensador híbrido, una combinación de batería y supercondensador que aúna las ventajas de ambas tecnologías. Ahora han publicado los detalles en una revista científica.
Los supercondensadores híbridos son generalmente una combinación de batería y condensador, es decir, un almacenamiento de energía químico y capacitivo. El supercondensador especial que han investigado los investigadores de Austria es una variante "especialmente sostenible" compuesta por carbono y electrolito acuoso de yoduro sódico que ha sido poco investigada hasta ahora.
El ánodo procede de una batería y el cátodo es un electrodo de supercondensador. El supercondensador híbrido pretende cargarse y descargarse tan rápidamente como un condensador y almacenar casi tanta energía como las pilas convencionales. Además, debería "poder cargarse y descargarse mucho más rápido y con mucha más frecuencia". En lugar de los pocos miles de ciclos de una batería de iones de litio, los investigadores hablan de alrededor de un millón de ciclos.
"El sistema que estudiamos en detalle consiste en electrodos de carbono nanoporoso y un electrolito acuoso de yoduro de sodio, es decir, agua salada", explica el primer autor del estudio, Christian Prehal. "Esto hace que este sistema sea especialmente respetuoso con el medio ambiente, rentable, incombustible y fácil de reciclar". Prehal trabajó anteriormente en este tema en el Instituto de Tecnología Química de Materiales de la Universidad Técnica de Graz y recientemente se ha trasladado a la ETH de Zúrich.
Según los investigadores, pudieron demostrar por primera vez que durante la carga se forman nanopartículas sólidas de yodo en los nanoporos de carbono del electrodo de la batería, que vuelven a disolverse durante la descarga. Según Prehal, esto contradice el mecanismo de reacción sospechado anteriormente, con consecuencias de gran alcance. El yodo sólido permanece estable debido al pequeño tamaño de los nanoporos - menos de 1 nanómetro (1 millonésima de milímetro). "El grado de llenado de los nanoporos con yodo sólido determina cuánta energía puede almacenarse en el electrodo. Esto permite que la capacidad de almacenamiento de energía de los electrodos de carbono yodado alcance valores inesperadamente altos al almacenar toda la energía química en las partículas de yodo sólido", afirma el científico.
El informe afirma que estos "nuevos conocimientos fundamentales abren el camino a supercondensadores híbridos o electrodos de baterías con una densidad energética incomparablemente mayor y procesos de carga y descarga extremadamente rápidos". Como ejemplo de aplicación, menciona la energía fotovoltaica en los hogares.
Además, los investigadores afirman haber logrado otro gran avance en cuanto a los métodos de investigación utilizados en la espectroscopia Raman, la interacción de la luz con la materia se utiliza para conocer la estructura o las propiedades de un material. La dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) hace visibles los cambios estructurales durante las reacciones electroquímicas. Ambos métodos se realizaron operando, es decir, en directo durante la carga y descarga de una célula electroquímica especialmente desarrollada. Los resultados del trabajo demostraron que el método era "idealmente adecuado" para seguir en vivo los cambios estructurales en un supercondensador o una batería a escala nanométrica y directamente durante la carga y la descarga. Según la Universidad Tecnológica de Graz, este nuevo método de investigación podría por tanto utilizarse ampliamente en el futuro en el campo del almacenamiento electroquímico de energía.
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