La necesidad de sistemas de almacenamiento energético más eficientes, rápidos y sostenibles ha impulsado una ola de investigaciones en todo el mundo. Una de las líneas más prometedoras está relacionada con los supercondensadores, dispositivos que almacenan carga eléctrica de forma electrostática en lugar de recurrir a reacciones químicas, como hacen las baterías tradicionales. Aunque destacan por su capacidad de carga y descarga ultrarrápidas, hasta ahora su talón de Aquiles ha sido la baja densidad energética.
Un grupo de ingenieros de la Universidad de Monash ha logrado un importante avance en este campo al desarrollar un nuevo material basado en grafeno que permite que los supercondensadores almacenen energía a niveles similares a los de las baterías de plomo-ácido, pero sin perder su principal virtud: la velocidad. La investigación, publicada en Nature Communications, describe una estructura de grafeno curvado que multiplica la superficie activa disponible para el almacenamiento de carga.
El potencial oculto del carbono
El carbono es uno de los materiales más versátiles de la naturaleza. Su uso en forma de grafeno ha abierto puertas en campos tan diversos como la electrónica, la medicina o la energía. En el caso de los supercondensadores, el grafeno tiene la capacidad de almacenar carga en su superficie, pero en muchas configuraciones tradicionales esa superficie resulta inaccesible para los iones, lo que limita el rendimiento.
El equipo dirigido por el profesor Mainak Majumder descubrió que modificando el tratamiento térmico del grafeno se puede desbloquear gran parte de esa superficie inúctil. Al aplicar un proceso de recocido térmico rápido, lograron crear una arquitectura de grafeno conocida como M-rGO (grafeno óxido reducido de escala múltiple). Esta estructura tiene una curvatura pronunciada y una red de canales interna que facilita el movimiento de los iones a gran velocidad, sin obstrucciones.
Densidad de energía y potencia: una combinación poco común
Una de las limitaciones más frecuentes en tecnologías de almacenamiento es la necesidad de elegir entre alta densidad energética (almacenar más energía por volumen) y alta densidad de potencia (entregar esa energía rápidamente). Lograr ambas cosas al mismo tiempo es como tener un coche eléctrico que no solo tiene una batería duradera, sino que además se recarga en minutos. Esa es precisamente la ventaja que ofrece este nuevo material.
Cuando se incorporó en celdas de tipo pouch, los supercondensadores basados en M-rGO alcanzaron densidades energéticas de hasta 99,5 Wh/L usando electrólitos líquidos iónicos. A modo de comparación, algunas baterías comerciales de iones de litio tienen densidades similares, pero sin la capacidad de carga ultrarrápida de estos supercondensadores. Además, lograron densidades de potencia de hasta 69,2 kW/L, lo que significa una entrega de energía instantánea ideal para sistemas que necesitan picos de potencia.
Producción escalable y con materias primas locales
Una de las grandes barreras que enfrentan los avances en almacenamiento energético es la posibilidad de llevar la tecnología desde el laboratorio hasta la industria. En este caso, el proceso desarrollado es escalable y compatible con grafito natural, un recurso abundante en Australia. Esto representa una ventaja estratégica tanto para la producción nacional como para reducir la dependencia de materiales críticos importados.
El doctor Petar Jovanović, coautor del estudio, destacó que los resultados obtenidos se encuentran entre los mejores que se han registrado para supercondensadores basados en carbono. A esto se suma una excelente estabilidad de ciclo, lo que implica que el rendimiento se mantiene tras numerosos ciclos de carga y descarga, algo esencial para dispositivos que deben funcionar durante años sin perder eficiencia.
De la investigación al mercado
Con la vista puesta en la aplicación real, Monash University colabora con Ionic Industries, una empresa derivada dedicada a la comercialización de este tipo de innovaciones. El doctor Phillip Aitchison, director tecnológico de la compañía y también firmante del estudio, indicó que ya están produciendo cantidades comerciales del material para su incorporación en aplicaciones energéticas concretas.
Este avance podría tener un impacto directo en campos como el transporte eléctrico, donde la carga rápida y la entrega de potencia son fundamentales. También en sistemas de respaldo para redes eléctricas, dispositivos electrónicos portátiles y otros sectores que requieren una combinación de velocidad, eficiencia y fiabilidad.
Una pieza clave para un futuro energético sostenible
Este desarrollo se enmarca dentro del objetivo más amplio de Monash University de impulsar materiales avanzados para una economía baja en carbono. Con el apoyo del Consejo Australiano de Investigación y la Oficina de Investigación Patrocinada de la Fuerza Aérea de EE. UU., este trabajo representa un ejemplo claro de cómo la ciencia aplicada puede contribuir a resolver los grandes retos energéticos globales.
Si los supercondensadores con grafeno curvado logran integrarse a gran escala, podríamos estar ante una nueva generación de dispositivos que cargan en segundos y funcionan durante años, sin los inconvenientes habituales de las baterías actuales.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí