Hoy día es posible imprimir circuitos de bajo peso y pantallas para aparatos tales como los lectores electrónicos, aunque las baterías convencionales aún hacen que el peso de estos dispositivos sea alto. Los nanotubos de carbono son un material prometedor para la impresión de baterías puesto que, además de su fuerza, bajo peso y conductividad, pueden almacenar una gran cantidad de energía—una cualidad que ayuda a que los aparatos portátiles funcionen más tiempo entre carga y carga.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, dirigidos por el profesor de ciencias de los materiales Yi Cui, acaba de demostrar que un papel de oficina ordinario absorbe nanotubos de carbono como si fuera una esponja, y se puede convertir en un electrodo para su uso en baterías y supercondensadores. La ventaja del papel, afirma Cui, es que es barato e interactúa fuertemente con los nanotubos sin la necesidad de colocar aditivos en la tinta. “Nos aprovechamos de la estructura porosa del papel,” afirma Cui. “Los nanotubos de carbono son absorbidos por el papel y se pegan muy fuertemente.”
Después de que el papel se moja en la tinta de nanotubos y se seca al aire, se vuelve altamente conductivo. El grupo de Stanford puso a prueba las finas películas como electrodos en unos supercondensadores y descubrieron que podían almacenar más energía total, y operar a corrientes más altas que los anteriores dispositivos de nanotubos impresos. Joel Schindall, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias informáticas en MIT, afirma que los supercondensadores de papel almacenan una cantidad de carga sorprendentemente alta. El grupo de Stanford también puso a prueba los electrodos de papel como recolectores de corriente en baterías de litio-ion. Su rendimiento fue igual al del metal que usan actualmente los recolectores utilizados en este tipo de baterías, a pesar de que los recolectores de metal son mucho más pesados. Este trabajo está descrito esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Otros grupos han trabajado en la utilización de papel como sustrato para la elaboración de electrodos. Sin embargo, los intentos anteriores por construir dispositivos de nanotubos han sido mucho más complicados, afirma Cui, y requirieron el cultivo de nanotubos en el papel o el uso de nuevas formulaciones de papel como punto de partida. El método de inmersión es “simple y bueno,” afirma Nicholas Kotov, profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan.
Cui señala que los electrodos de nanotubos y papel son robustos. Aunque el papel sin tratar se disuelve en el agua, el papel tratado con nanotubos no lo hace así, y los nanotubos no se desprenden cuando se arruga o se enrolla. “El supercondensador se ha puesto a prueba durante más de 40.000 ciclos de carga durante seis meses y sigue funcionando,” señala Cui.
Los investigadores de Stanford están trabajando en la mejora del rendimiento de sus dispositivos y están poniendo a prueba distintos métodos de impresión y materiales. Hasta ahora Cui ha utilizado una tinta hecha de una mezcla de semiconductores y nanotubos metálicos. Las tintas puramente metálicas tienen más probabilidades de funcionar mejor, aunque son más caras. El grupo también está experimentando con distintas formas de unir los nanotubos y el papel, incluyendo el pintar las tintas con un bolígrafo o brocha para poder crear patrones complejos.