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Energía

Energía impresa a la carta

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Unos supercondensadores flexibles de nantotubos de carbono podrían proporcionar más energía a los teléfonos móviles y a otro tipo de aparatos electrónicos.

  • por Katherine Bourzac | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 27 Abril, 2009

En la actualidad es posible imprimir componentes para circuitos flexibles, pantallas elásticas, e incluso paneles para radiografías de peso ligero. Sin embargo, este tipo de aparatos electrónicos imprimibles aún se ven limitados por los dispositivos convencionales de almacenamiento de energía. Un grupo de investigadores acaba de fabricar el primer supercondensador imprimible. Este dispositivo de almacenamiento de energía de alto rendimiento ofrece resultados mucho mejores que los de los supercondensadores actualmente disponibles en el mercado. El dispositivo, hecho a partir de un gel electrolito colocado entre dos capas de electrodos de nanotubos de carbono, se podría fabricar utilizando los métodos de impresión de inyección de tinta disponibles actualmente.

Loscondensadores y las baterías son dispositivos para el almacenamiento de energía. Estos dispositivos poseen una serie de puntos fuertes cada uno de ellos y que a menudo se usan en tándem en los aparatos portátiles. Mientras que las baterías poseen una mayor capacidad de almacenamiento de energía, no se pueden descargar a la misma velocidad que un condensador. Mientras que las baterías almacenan la energía a partir de reacciones químicas, los condensadores la guardan en su superficie de carga, lo que les permite liberar la energía de golpe. En las cámaras digitales, por ejemplo, los condensadores proveen un pulso rápido de energía cuando soltamos el botón del obturador.

Los electroquímicos están trabajando para aumentar significativamente la capacidad de almacenaje de los condensadores, para que puedan competir mejor con las baterías, y también están intentando desarrollar baterías que se carguen y descarguen con la misma velocidad que los condensadores. No obstante, los investigadores de la Universidad de California, en Los Angeles, así como en la Universidad de Stanford, han decidido enfocar sus esfuerzos en desarrollar un método de manufactura más simple. Las técnicas de impresión que utilizaron para crear los nuevos supercondensadores están “tiradas de precio”, comenta George Grüner, profesor de fisica en UCLA, que dirigió la investigación junto a Yi Cui, profesor asistente de ciencia e ingeniería de los materiales en Stanford.

Para crear los nuevos condensadores, en primer lugar se rocían nanotubos de carbono sobre dos piezas de plástico, después se coloca un gel electrolito entre ellas como si se tratase de un sandwich. En el dispositivo resultante, una red de nanotubos actúa como el electrodo positivo, mientras que la obra hace las funciones de electrodo negativo. Cuando se le aplica una corriente al gel electrolito, las superficies de los nanotubos empiezan a colectar carga eléctrica, con lo que se almacena la energía. “El rendimiento de este dispositivo es similar a otros dispositivos,” señala Cui. “Lo principal es que todo se pueda imprimir.”

El proceso de impresión es simple: los nanotubos de carbono disponibles a nivel comercial se suspenden en agua y después son rociados sobre la superficie de plástico usando una pistola de aire similar a la cabeza de una impresora de inyección de tinta. Al rociar la solución, el agua se evapora, dejando una capa de nanotubos enredada de forma aleatoria encima del sustrato de plástico. Las dos capas—cada una de unos 0,6 micrómetros de grosor—se unen y entre ellas se coloca una fina película de gel polímero que actúa como electrolito. El gel se fabrica mezclando alcohol de polivinilo en polvo con ácido en un molde. Mientras que los electrolitos convencionales son líquido y, por tanto, difíciles de contener, el gel electrolito no se derrama, lo que hace que sea ideal para los dispositivos flexibles, según informan los investigadores.

“Con este método tan simple se obtienen cifras muy buenas,” señala Paula Hammond, profesora de ingeniería química en MIT. Añade que el desarrollo de dispositivos de almacenaje de energía a bajo precio e imprimibles “es algo que debemos llevar a cabo para así poder desarrollar aparatos electrónicos flexibles.”

La densidad de energía de este supercondensador imprimible—la velocidad con la que se puede cargar y descargar—resulta favorable si la comparamos con la de otros supercondensadores. Con 70 kilovatios por kilogramo, señala Grüner, es “significativamente mayor que la de los dispositivos comerciales.” Aunque su bajo peso y flexibilidad hacen que resulte prometedora para aplicaciones en aparatos electrónicos flexibles, el prototipo actual no tiene una capacidad de almacenaje de energía total lo suficientemente alta como para poder operar un aparato como un móvil sin necesidad de usar una batería.

El grupo está trabajando para mejorar la densidad de energía de los condensadores, con la esperanza de poder hacer que las baterías no sean necesarias. “En la actualidad estamos trabajando en un tipo de capacitadores con una densidad de energía significativamente más alta, y que al mismo tiempo preservan la capacidad de energía,” afirma Grüner.

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