Los dispositivos de almacenamiento de energía llamados supercondensadores se han convertido en un área de investigación candente, en parte porque pueden cargarse rápidamente y entregar intensas explosiones de energía. Sin embargo, todos los supercondensadores actualmente usan componentes hechos de carbono, que requieren altas temperaturas y productos químicos agresivos para producir.
Ahora los investigadores en el MIT y en otros lugares han desarrollado por primera vez un supercondensador que no utiliza carbono conductor en absoluto, y que podría producir más energía que las versiones existentes de esta tecnología.
Los hallazgos del equipo se informan en la revista Materiales de la naturaleza en un artículo de Mircea Dinca, profesora asociada de química del MIT; Yang Shao-Horn, profesor de energía de WM Keck; y otras cuatro personas más.
"Hemos encontrado una clase completamente nueva de materiales para supercondensadores", dice Dinca.
Dinca y su equipo han estado explorando durante años una clase de materiales llamados armazones organometálicos, o MOF, que son estructuras extremadamente porosas, similares a esponjas. Estos materiales tienen una superficie extraordinariamente grande para su tamaño, mucho mayor que elLos materiales de carbono sí. Esa es una característica esencial para los supercondensadores, cuyo rendimiento depende de su área de superficie. Pero los MOF tienen un gran inconveniente para tales aplicaciones: no son muy conductores de electricidad, lo que también es una propiedad esencial para un material utilizado en un condensador.
"Uno de nuestros objetivos a largo plazo era hacer que estos materiales fueran eléctricamente conductores", dice Dinca, aunque hacerlo "se pensó que era extremadamente difícil, si no imposible". Pero el material exhibió otra característica necesaria para tales electrodos, que es que conduce iones átomos o moléculas que llevan una carga eléctrica neta muy bien.
"Todos los supercondensadores de doble capa de hoy están hechos de carbono", dice Dinca. "Usan nanotubos de carbono, grafeno, carbón activado, todas las formas y formas, pero nada más aparte del carbono. Así que este es el primer doble eléctrico sin carbonosupercondensador de capa "
Una ventaja del material utilizado en estos experimentos, técnicamente conocido como Ni3 hexaiminotrifenileno 2, es que puede fabricarse en condiciones mucho menos duras que las necesarias para los materiales a base de carbono, que requieren temperaturas muy altas por encima de 800 gradosCelsius y reactivos químicos fuertes para el pretratamiento.
El equipo dice que los supercondensadores, con su capacidad de almacenar cantidades relativamente grandes de energía, podrían desempeñar un papel importante para hacer que las fuentes de energía renovables sean prácticas para un despliegue generalizado. Podrían proporcionar almacenamiento a escala de red que podría ayudar a igualar los tiempos de uso con los tiempos de generación,por ejemplo, o ser utilizado en vehículos eléctricos y otras aplicaciones.
Los nuevos dispositivos producidos por el equipo, incluso sin ninguna optimización de sus características, ya igualan o superan el rendimiento de las versiones existentes basadas en carbono en parámetros clave, como su capacidad para soportar grandes cantidades de ciclos de carga / descarga. Las pruebas mostraronperdieron menos del 10 por ciento de su rendimiento después de 10,000 ciclos, que es comparable a los supercondensadores comerciales existentes.
Pero eso es solo el comienzo, dice Dinca. Los MOF son una gran clase de materiales cuyas características se pueden ajustar en gran medida variando su estructura química. Trabaje para optimizar sus configuraciones moleculares para proporcionar los atributos más deseables para esta aplicación específicaes probable que conduzca a variaciones que podrían superar a cualquier material existente "." Tenemos un nuevo material para trabajar, y no lo hemos optimizado en absoluto ", dice." Es completamente ajustable, y eso es lo emocionante ".
Si bien ha habido mucha investigación sobre MOF, la mayor parte se ha dirigido a usos que aprovechan la porosidad récord de los materiales, como el almacenamiento de gases ". El descubrimiento de nuestro laboratorio de MOF altamente conductivos eléctricamente abrió un nuevocategoría de aplicaciones ", dice Dinca. Además de los nuevos usos de supercondensadores, los MOF conductores podrían ser útiles para hacer ventanas electrocrómicas, que pueden oscurecerse con solo presionar un interruptor, y sensores quimiorresistivos, que podrían ser útiles para detectar trazas de productos químicospara aplicaciones médicas o de seguridad.
El material MOF tiene ventajas en la simplicidad y el costo potencialmente bajo de fabricación, los materiales utilizados para fabricarlo son más caros que los materiales convencionales a base de carbono, dice Dinca. "El carbono es muy barato. Es difícil encontrar algo más barato"."Pero incluso si el material termina siendo más caro, si su rendimiento es significativamente mejor que el de los materiales a base de carbono, podría encontrar aplicaciones útiles", dice.
Y una ventaja clave de eso, explica, es que "este trabajo muestra solo la punta del iceberg. Con los carbonos sabemos casi todo, y los desarrollos en los últimos años fueron modestos y lentos. Pero el MOF utilizado porDinca es uno de los MOF de área superficial más baja que se conoce, y algunos de estos materiales pueden alcanzar hasta tres veces más [área de superficie] que los carbonos. La capacidad sería asombrosamente alta, probablemente cercana a la de las baterías, pero con elrendimiento de potencia [la capacidad de entregar salida de alta potencia] de supercondensadores ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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