Baterías de más potencia gracias a un chip de silicio
Los usuarios de teléfonos móviles bien conocen la necesidad de prolongar la duración de las baterías, que también resulta indispensable para aplicaciones en el sector del transporte como por ejemplo los vehículos autónomos. Mientras que las baterías tienen un tamaño abultado, los dispositivos de almacenamiento electrotécnicos de gran rendimiento pueden incrementar la cantidad de energía para complementar a las baterías y prolongar su duración. IONACES, proyecto financiado con fondos europeos, se dedicó a estudiar el funcionamiento de los supercondensadores (condensadores electroquímicos de doble capa, EDLC) y sus investigadores idearon un proceso para integrarlos en chips de silicio como microsupercondensadores de utilidad en múltiples aplicaciones. «La batería de un coche eléctrico se considera que lo hace autónomo conforme a la cantidad de tiempo que le permite desplazarse. Pero si, por ejemplo, el vehículo tiene que acelerar, necesita una subida de potencia durante unos pocos segundos, y esta función la puede realizar un supercondensador», explicó el coordinador del proyecto IONACES, Patrice Simon, que también es catedrático de ciencia de los materiales en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse (Francia). Mientras que una batería de litio común tarda dos o tres horas en recargarse, un supercondensador puede suministrar toda su energía en un plazo de diez segundos y recargar por completo en cuestión de entre unos pocos segundos y un minuto como máximo. «Estamos ante un aumento de potencia considerable», afirmó Simon. Una base de conocimientos más sólida El equipo descubrió que el rendimiento tan excelente, que hasta ahora no se conocía con precisión, se debe a una absorción reversible de iones en los poros diminutos (con dimensiones de menos de un nanómetro) de los electrodos de carbono. Los supercondensadores almacenan la carga acumulando iones positivos y negativos en los polvos de carbono porosos positivos y negativos que sirven como electrodos. «Aplicas iones sobre la superficie de carbono y quitas iones de ella para cargar y descargar», explicó Simon. Estos orificios amplían el área de la superficie al sumar la superficie de las paredes de los poros, pudiendo ser hasta mil veces mayor que la de una superficie de carbono lisa, y por tanto aumentan radicalmente la cantidad de energía almacenada. El tamaño de los poros del carbono El tamaño también importa en cuanto a los poros. «Logramos acortar el tiempo de carga y descarga de los supercondensadores con tan sólo probar distintos tamaños de poro», recordó Simon. «Al reducir ese tamaño por debajo de un nanómetro, se incrementa enormemente la cantidad de iones que se pueden absorber». Anteriormente se había conseguido reducir el tamaño del poro por debajo de dos nanómetros, pero no se había podido diseñar materiales de carbono con tamaños de poro específicos. El equipo de IONACES alcanzó este logro aplicando un método distinto para preparar carbonos, concretamente, utilizar granos de carburo de titanio o micropolvos de diez micras de diámetro en una atmósfera de cloro. Al eliminar el titanio, quedó el carbono poroso. Con este proceso, «si consigues controlar la temperatura de cloración, también se puede controlar el tamaño del poro del carbón con gran precisión», aseguró Simon. Microsupercondensadores El equipo científico trabajó durante cuatro años para diseñar los microsupercondensadores de manera que cupiesen en un chip de silicio. Según rememoró Simon, «depositamos una capa de carburo de titanio sobre el chip empleando técnicas de salpicado y después procedimos a la cloración. La clave fue mantener la integridad mecánica de la película de carbono sobre el chip después de la cloración. Esto se consiguió por fin mediante una cloración parcial, que no incrementa el grosor de la capa situada sobre el chip». A raíz de esta investigación, también se descubrió que el proceso puede adaptarse para extraer sodio y cloro de agua marina para que sea potable. Esa técnica ya ha sido patentada por el equipo del proyecto para su uso en desaladoras.
Palabras clave
IONACES, materiales, energía, nanotecnología, vida útil de batería, desalinización
