Entre los muchos avances que estamos viendo en la esfera científica, como el metal que logra autorrepararse, hay uno del MIT especialmente interesante. Se trata de supercondensadores de energía a partir de materiales tan comunes como el cemento y el negro de humo.
Combinados con agua, se ha descubierto que tienen el potencial de facilitar el almacenamiento de energía de forma barata e impulsar infraestructuras de carga para coches eléctricos.
Cemento, negro de humo y agua: tres ingredientes simples y prometedores
La tecnología se describe en la revista PNAS, en un artículo de los profesores del MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic y Yang-Shao Horn. La clave de los nuevos supercondensadores desarrollados por este equipo proviene de un material a base de cemento en el que introdujeron el llamado negro de humo -altamente conductor-, mezclado a su vez con polvo de cemento y agua.
El negro de humo o negro de carbón -un componente esencial para la fabricación de neumáticos- es un pigmento compuesto de carbono en su mayor parte que se obtiene quemando aceites, gas, hulla o madera.
Una vez añadida el agua, ésta forma naturalmente una ramificación de aberturas dentro de la estructura cuando reacciona con el cemento, y el carbono migra a estos espacios para formar estructuras parecidas a alambres dentro del cemento endurecido.
Estas estructuras tienen una forma similar a un fractal, con ramas más grandes brotando ramas más pequeñas, y así sucesivamente, terminando con un área de superficie extremadamente grande dentro de los límites de un volumen relativamente pequeño, explica el MIT.
Luego, se sumerge en un material electrolítico estándar, como cloruro de potasio, que proporciona las partículas cargadas que se acumulan en las estructuras de carbono. "Dos electrodos hechos de este material, separados por un espacio delgado o una capa aislante, forman un supercondensador muy poderoso", detallan los investigadores.
Las dos placas funcionan como los dos polos de una batería recargable de voltaje equivalente: cuando se conecta a una fuente de electricidad, como con una batería, la energía se almacena en las placas y luego, cuando se conecta a una carga, la electricidad la corriente fluye hacia afuera para proporcionar energía.
El equipo calculó que un bloque de hormigón de estas características y de unos 3,5 metros de ancho tendría capacidad suficiente para almacenar unos 10 kWh de energía, que es considerado el uso diario promedio de electricidad para un hogar. Y si se construye una vivienda con los cimientos de este material, las posibilidad de almacenar energía se multiplica.
Otra aplicación potencial de los supercondensadores de cemento de carbono es la construcción de carreteras de hormigón que podrían almacenar la energía producida por los paneles solares a lo largo de la carretera y luego entregar esa energía a los vehículos eléctricos que viajan por ella, utilizando el mismo tipo de tecnología que se utiliza para los teléfonos inalámbricos recargables.
Empresas de Alemania y los Países Bajos ya están desarrollando un tipo relacionado de sistema de recarga de automóviles, pero utilizan baterías estándar para el almacenamiento.
"Tienes estos materiales de al menos dos milenios de antigüedad que, cuando los combinas de una manera específica, obtienes un nanocompuesto conductor, y ahí es cuando las cosas se ponen realmente interesantes", relata Masic.
A medida que evoluciona la mezcla, "el negro de humo se autoensambla en un cable conductor conectado", detalla. Los investigadores aseguran que el proceso es fácilmente reproducible, con materiales que son económicos y disponibles en cualquier parte del mundo.
Y la cantidad de carbono necesaria es muy pequeña, tan solo el 3 % por volumen de la mezcla, para lograr una red de carbono filtrado, dice Masic.
Los supercondensadores hechos de este material tienen un gran potencial para ayudar a almacenar energía renovable sin necesidad de recurrir a baterías de iones de litio, un elemento crítico.
Después de una serie de pruebas utilizadas para determinar las proporciones más efectivas de cemento, negro de humo y agua, el equipo demostró el proceso mediante la fabricación de pequeños supercondensadores, del tamaño de algunas pilas de botón, de aproximadamente 1 centímetro de ancho y 1 milímetro de espesor.
Cada uno podría cargarse a 1 voltio, comparable a una batería de 1 voltio. Luego conectaron tres de estos para demostrar su capacidad para encender un diodo emisor de luz (LED) de 3 voltios.
Como siempre ocurre, el paso definitivo será el de hacer del descubrimiento una técnica escalable. Ahora planean construir una serie de versiones más grandes, comenzando con unas del tamaño de una batería de automóvil típica de 12 voltios, y luego trabajando hasta una versión de 45 metros cúbicos para demostrar su capacidad para almacenar una casa.
Ulm dice que el sistema es muy escalable, ya que la capacidad de almacenamiento de energía es una función directa del volumen de los electrodos. "Puedes pasar de electrodos de 1 milímetro de espesor a electrodos de 1 metro de espesor, y al hacerlo básicamente puedes escalar la capacidad de almacenamiento de energía desde encender un LED durante unos segundos hasta alimentar toda una casa", detalla el investigador.
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