Los ingenieros han logrado un avance significativo en un esfuerzo internacional para desarrollar una tecnología de almacenamiento de energía que combine una carga rápida con una potente salida de energía, allanando el camino para los sistemas de próxima generación en el transporte eléctrico, el soporte de la red y la electrónica cotidiana.
Según datos publicados comunicación de la naturalezaLos investigadores han desarrollado un nuevo material a base de carbono que permite a los supercondensadores mantener niveles de energía comparables a los de las baterías de plomo-ácido tradicionales y, al mismo tiempo, liberar esa energía mucho más rápido que los diseños de baterías convencionales.
Los supercondensadores son una categoría en desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía que dependen del almacenamiento de carga electrostática en lugar de las reacciones químicas utilizadas en las baterías. Un desafío de larga data es que sólo una pequeña fracción de la superficie de carbono necesaria para el almacenamiento de energía es utilizable.
Liberar más potencial de carbono
En la investigación participó el profesor Mainak Majumder, director del Centro de investigación ARC para fabricación avanzada con materiales 2D (AM2D) en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Monash.
“Nuestro equipo ha demostrado cómo desbloquear más de esa superficie cambiando la forma en que se trata térmicamente el material”, dijo el profesor Mazumder.
“Este descubrimiento nos permite desarrollar supercondensadores de carga rápida que almacenan suficiente energía para reemplazar las baterías en muchas aplicaciones y entregarla aún más rápido”.
La innovadora arquitectura de grafeno impulsa un gran avance
Los investigadores atribuyeron este avance a una arquitectura de material de nuevo diseño llamada óxido de grafeno reducido a múltiples escalas (M-rGO), elaborado a partir de grafito natural, un recurso abundante en Australia.
A través de un rápido proceso de recocido térmico, el equipo creó una estructura de grafeno altamente curvada con vías controladas que permiten que los iones se muevan con una velocidad y eficiencia excepcionales. Esto ha creado un material capaz de ofrecer una alta densidad de potencia y una alta densidad de potencia, una combinación que rara vez se encuentra en un solo dispositivo.
Grabe el rendimiento en dispositivos reales
Investigador del ARC AM2D Hub y coautor del estudio. Petar Jovanovic explica que cuando se incorporan a dispositivos de celdas de bolsa, los supercondensadores Monash demuestran:
- Densidad de energía volumétrica de hasta 99,5 Wh/L (en electrolito líquido iónico)
- Densidad de potencia hasta 69,2 kW/L
- Capacidad de carga rápida con excelente estabilidad del ciclo.
“Estas métricas de rendimiento se encuentran entre las mejores jamás reportadas para supercondensadores basados en carbono y, lo que es más importante, el proceso es escalable y compatible con materias primas australianas”, afirmó el Dr. Jovanovic.
Avanzando hacia el uso comercial
CTO de Ionic Industries, empresa derivada de la Universidad de Monash, y coautor del estudio. Philip Aitchison señaló que ya se están realizando esfuerzos para comercializar la tecnología.
“Ionic Industries se fundó para comercializar este tipo de innovación y ahora estamos produciendo cantidades comerciales de estos materiales de grafeno”, dijo el Dr. Aitchison.
“Estamos trabajando con socios de almacenamiento de energía para llevar estos avances a aplicaciones líderes en el mercado, donde tanto la alta potencia como la rápida entrega de energía son esenciales”.
El proyecto ha recibido el apoyo del Consejo Australiano de Investigación y la Oficina de Investigación Patrocinada de la Fuerza Aérea de EE. UU., y se alinea con el objetivo más amplio de la Universidad de Monash de promover materiales para un futuro energético con bajas emisiones de carbono.
