La investigación dirigida por un científico de Stanford promete aumentar el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento eléctrico de alta potencia, como las baterías de automóviles.
En trabajos publicados recientemente en letras de física aplicada , los investigadores describen un modelo matemático para diseñar nuevos materiales para almacenar electricidad. El modelo podría ser un gran beneficio para los químicos y los científicos de materiales, que tradicionalmente confían en el ensayo y error para crear nuevos materiales para baterías y condensadores.El almacenamiento de energía es un paso importante hacia la reducción de las emisiones de carbono en los sectores de transporte y electricidad.
"El potencial aquí es que podrías construir baterías que duren mucho más y hacerlas mucho más pequeñas", dijo el coautor del estudio Daniel Tartakovsky, profesor de la Facultad de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente. "Si pudieras diseñar unmaterial con una capacidad de almacenamiento muy superior a la que tenemos hoy en día, entonces podría mejorar drásticamente el rendimiento de las baterías ".
Bajar una barrera
Uno de los principales obstáculos para la transición de los combustibles fósiles a las energías renovables es la capacidad de almacenar energía para su uso posterior, como durante las horas en que el sol no brilla en el caso de la energía solar. La demanda de almacenamiento eficiente y barato ha aumentado a medida quecada vez más empresas recurren a fuentes de energía renovables, que ofrecen importantes beneficios de salud pública
Tartakovsky espera que los nuevos materiales desarrollados a través de este modelo mejoren los supercondensadores, un tipo de almacenamiento de energía de próxima generación que podría reemplazar las baterías recargables en dispositivos de alta tecnología como teléfonos celulares y vehículos eléctricos. Los supercondensadores combinan lo mejor de lo que está disponible actualmente para la energíaalmacenamiento: baterías, que retienen mucha energía pero se cargan lentamente, y condensadores, que cargan rápidamente pero retienen poca energía. Los materiales deben ser capaces de resistir tanto alta potencia como alta energía para evitar romperse, explotar o incendiarse.
"Las baterías actuales y otros dispositivos de almacenamiento son un importante cuello de botella para la transición a la energía limpia", dijo Tartakovsky. "Hay muchas personas trabajando en esto, pero este es un nuevo enfoque para analizar el problema".
Los tipos de materiales ampliamente utilizados para desarrollar almacenamiento de energía, conocidos como materiales nanoporosos, se ven sólidos para el ojo humano pero contienen agujeros microscópicos que les otorgan propiedades únicas. Hasta ahora, el desarrollo de materiales nanoporosos nuevos y posiblemente mejores ha sido una cuestión deprueba y error: organizar granos minúsculos de sílice de diferentes tamaños en un molde, llenar el molde con una sustancia sólida y luego disolver los granos para crear un material que contenga muchos agujeros pequeños. El método requiere una planificación, trabajo, experimentación y modificaciones extensas,sin garantizar el resultado final será la mejor opción posible.
"Desarrollamos un modelo que permitiría a los químicos de los materiales saber qué esperar en términos de rendimiento si los granos se arreglan de cierta manera, sin pasar por estos experimentos", dijo Tartakovsky. "Este marco también muestra que si usted arreglasus granos como sugiere el modelo, entonces obtendrá el máximo rendimiento "
más allá de la energía
La energía es solo una industria que utiliza materiales nanoporosos, y Tartakovsky dijo que espera que este modelo también sea aplicable en otras áreas.
"Esta aplicación en particular es para almacenamiento eléctrico, pero también podría usarla para la desalinización o cualquier purificación de membrana", dijo. "El marco le permite manejar diferentes químicos, por lo que puede aplicarlo a cualquier material poroso quediseño."
La investigación de modelos matemáticos de Tartakovsky abarca la neurociencia, el desarrollo urbano, la medicina y más. Como científico de la Tierra y profesor de ingeniería de recursos energéticos, es un experto en el flujo y el transporte de medios porosos, conocimiento que a menudo se infrautiliza en todas las disciplinas, dijoEl interés de Tartakovsky en optimizar el diseño de la batería surgió de la colaboración con un equipo de ingeniería de materiales en la Universidad de Nagasaki en Japón.
"Este colaborador japonés mío nunca había pensado en hablar con los hidrólogos", dijo Tartakovsky. "No es obvio a menos que haga ecuaciones; si hace ecuaciones, entonces comprende que estos son problemas similares".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford . Original escrito por Danielle Torrent Tucker. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :