jueves, 17 de enero de 2013

Supercondensadores de grafeno

Un gran avance en el desempeño de los capacitores ha sido alcanzado con el desarrollo de un dispositivo que puede almacenar tanta energía como una batería y es capaz de recargarse en segundos. El supercapacitor basado en grafeno está siendo desarrollado por investigadores de una compañía estadounidense llamada Nanotek Instruments y puede almacenar tanta energía por unidad de masa como las baterías de niquel metal hidruro y podrían ser usadas algún día para proporcionar energía a aparatos diversos como teléfonos móviles, cámaras digitals y micro vehiculos eléctricos. Con la gran área de superficie de sus electrodos y el espacio extremadamente pequeño que hay entre estos, los supercapacitores, también conocidos como capacitores eléctricos de doble capa o capacitores electroquímicos, pueden almacenar una gran cantidad de carga eléctrica en un pequeño volumen. El nuevo dispositivo tiene electrodos hechos de grafeno mezclado con un negro de acetileno llamado Super P que actúa como un aditivo conductor y un aglutinante que mantiene todo unido. La mezcla resultante se cubre dentro de la superficie de un colector de corriente y es ensamblado en forma de capacitores del tamaño de una moneda. La interfaz electrolito-electrodo está hecha de “Celguard-3501″ y el electrolito es un químico conocido como EMIMBF4. La densidad específica del nuevo capacitor, es decir la medidad de cuanta energía puede ser almacenada por unidad de peso, es de 85.6 Wh/kg a una temperatura regular de 20 a 30 grados Celsius, mientras que a 80 grados Celsius el valor medido fue de 136 Wh/kg, el cual es comparable a las baterías Ni-mh. Estos son los mejores valores obtenidos para supercapacitores electricos de doble capa basados en nanomateriales de carbono.
No es la primera vez que los científicos están tratando de usar el grafeno como electrodos, ya que potencialmente puede proporcionar un mejor rendimiento en comparación con el carbón activado convencional. Sin embargo, surgen dificultades en la preparación del grafeno y la creación de electrodos con la estructura de la superficie deseada. Los norteamericanos decidieron resolver este problema de una manera inesperada. Colocaron una capa de óxido de grafeno en la superficie de un DVD. A continuación, pusieron el disco en una unidad de DVD estándar que soporta la tecnología de grabado de imagenes LightScribe . A continuación, el ordenador dio la instrucción de grabacion de una imagen sobre el disco con detalles microscópicos Bajo la acción del laser de infrarojos el óxido de grafeno se modificó creando una red que consta de sólo unas pocas capas de carbono. Este material fue llamado (láser Scribed grafeno - LSG). A dos electrodos de LSG se le agregan un electrolito separador y obteniendose un supercondensador con magníficas características. "Nuestro estudio muestra que los nuevos supercondensadores basados ​​en el grafeno guardan tanta carga como las baterías convencionales, pero se pueden cargar y descargar cientos o miles de veces más rápido", - dijo uno de los fundadores de la LSG el profesor Richard Kaner . En los nuevos electrodos el recorrido de los iones del electrolito es mucho más corto que en el carbón activado, lo cual es un requisito previo para dispositivos con una alta potencia pico y de carga rápida. Además, las pruebas demostraron que el LSG tiene una superficie específica muy alta - 1520 m 2 / g, y mucho más conductividad que la del carbón activado, (1738 Siemens por metro en contra de 10-100 / m). Además, los científicos han seleccionado para sus condensadores un espesó gel de polímero como electrolito, que al mismo tiempo actua como un pegamento para unir las capas entre sí y actuar como un separador. Todo esto simplifica considerablemente el dispositivo.
Los experimentos con las nuevas unidades mostraron que casi nunca pierden sus excelentes propiedades eléctricas bajo carga mecánica y que el sistema se comporta estable durante un gran número de ciclos. Es por eso que los estadounidenses veen en su prototipo el antesesor de los sistemas de almacenamiento ultra finos y flexibles para dispositivos electrónicos portátiles.

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