Empa desarrolla supercondensadores de grafeno escalables para aplicaciones industriales de VE
Los investigadores de Empa están avanzando en la tecnología de los supercondensadores mediante el desarrollo de electrodos basados en grafeno adaptados a la fabricación a escala industrial. El equipo pretende abordar los retos de la densidad energética y la escalabilidad para respaldar aplicaciones que van desde los vehículos eléctricos hasta los sistemas de energías renovables.
"Los supercondensadores almacenan energía electrostáticamente depositando el mayor número posible de partículas cargadas en la superficie del electrodo", explica Jakob Heier, jefe del grupo de Procesamiento de Soluciones Funcionales de Películas Delgadas del Empa. A diferencia de las baterías, que se basan en reacciones químicas y tienen una mayor densidad energética pero un ritmo de carga y descarga más lento, los supercondensadores pueden absorber y liberar energía rápidamente pero almacenan menos. Sus rápidos tiempos de respuesta los hacen muy adecuados para los sistemas de frenado regenerativo de los vehículos eléctricos, así como para la maquinaria industrial y los sistemas de energía eólica, según Empa.
En la actualidad, la mayoría de los supercondensadores comerciales utilizan carbón activado como material del electrodo debido a su elevada superficie. Sin embargo, "el carbón activado tiene una conductividad eléctrica muy baja, lo que perjudica la capacidad de almacenamiento del electrodo", explica Empa en su comunicado de prensa. El uso de aglutinantes y aditivos en el proceso de impresión de electrodos de rollo a rollo reduce aún más la porosidad y el rendimiento.
La alternativa basada en grafeno de Empa pretende superar estas limitaciones. "Si el tamaño de los poros del electrodo se ajusta al tamaño de los iones del electrolito, la densidad energética del supercondensador aumenta drásticamente", afirma la investigadora postdoctoral Sina Azad. El equipo utiliza dos tipos de grafeno con características estructurales diferentes, lo que permite un control preciso del tamaño de los poros y de la separación entre capas.
Este avance es posible gracias a un método de exfoliación propio desarrollado en un proyecto anterior, que permite una conversión eficaz y rentable del grafito en grafeno de alta calidad. La tinta de grafeno imprimible resultante es compatible con las técnicas de procesamiento de rollo a rollo ya utilizadas en la industria.
Los electrodos están diseñados para ofrecer una mayor conductividad, una estructura porosa definida y una mejor accesibilidad a los iones, factores todos ellos que contribuyen a una mayor densidad y eficiencia energéticas. Heier añadió: "Queremos desarrollar un producto real y fiable", dijo Azad. "Al final del proyecto, queremos llevar nuestra tecnología al mercado, ya sea con socios industriales o con nuestra propia spin-off".
Apoyada por Bridge, un programa conjunto de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia e Innosuisse, la investigación se prolongará hasta 2028. El proyecto no sólo se centra en el desarrollo de electrodos, sino que también pretende construir prototipos de supercondensadores que funcionen, definir los pasos del proceso y seleccionar electrolitos compatibles. El objetivo a largo plazo es hacer posible una nueva clase de sistemas de almacenamiento de energía de alto rendimiento aptos para su integración en plataformas de movilidad eléctrica.
0 Comentarios