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Green and straightforward process for the synthesis of Graphene-based nanomaterials.

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Técnica innovadora para sintetizar nanocompuestos avanzados basados en el grafeno

Se prevé que la forma de carbono recientemente descubierta y que inspiró el Premio Nobel de Física de 2010, conocida como grafeno, iniciará la próxima revolución tecnológica, aunque solamente si puede fabricarse de forma eficiente. Un proyecto, que estudia el almacenamiento de la energía eléctrica (AEE), muestra el camino a seguir.

Tecnologías industriales

El grafeno combina de forma única una gran resistencia mecánica y a la tracción, una gran superficie y una elevada estabilidad química con una conductividad térmica y eléctrica superior, propiedades que le confieren un potencial extraordinario. Además, dado que es uno de los elementos más abundantes de la tierra resulta también interesante desde el punto de vista económico. Un ámbito en el que el grafeno y los compuestos a base de grafeno actualmente son muy prometedores es como material sustitutivo para electrodos en dispositivos de almacenamiento de energía. Hasta la fecha, el grafeno ha incrementado significativamente la capacidad y eficiencia de las baterías de ion litio y los supercondensadores. Sin embargo, persisten los obstáculos a su utilización generalizada en aplicaciones industriales. Faltan métodos viables para producir nanocompuestos avanzados a base de grafeno a escala industrial y de forma rentable, principalmente a causa de las múltiples transformaciones químicas que deben llevarse a cabo. Para superar este obstáculo, Gnanomat, en el marco del proyecto financiado con fondos europeos GRAPHEEN, se utilizó una técnica patentada para construir una planta piloto con el fin de ampliar la producción de materiales para electrodos de dispositivos de almacenamiento de energía. El equipo aplicó además un sistema de control de calidad y ya ha empezado la comercialización. De las pruebas de laboratorio a la planta piloto y más allá El proyecto utilizó inicialmente distintas técnicas de caracterización basadas en el laboratorio para comprender mejor el proceso de síntesis a que se someten los nanomateriales durante la producción. «Comprender el mecanismo de síntesis y los problemas con la estabilidad cíclica de los óxidos de metal (empleados para mejorar las propiedades electroquímicas del carbono) fue un reto. Es complicado controlar todos los parámetros de síntesis, como la reducción-oxidación (redox) en reacciones cortas», comenta la doctora Alejandra García, coordinadora del proyecto. A continuación, se evaluó la idoneidad de los nanomateriales para electrodos de dispositivos de almacenamiento de energía y los más prometedores se eligieron para la planta piloto. El principal reto para la fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía es mejorar los parámetros electroquímicos de la densidad energética (la cantidad de carga que un dispositivo puede almacenar y luego suministrar), la densidad de potencia (la rapidez con la que el dispositivo puede suministrar potencia) y la vida útil del dispositivo, a la vez que se reduce el coste por kWh generado. La planta piloto de GRAPHEEN utilizó una técnica de un solo paso, segura, respetuosa con el medio ambiente y patentada por Gnanomat para la producción de nanocompuestos avanzados a base de grafeno. El proceso de ampliación se lleva a cabo en un medio líquido. Cuando se pueden determinar las propiedades de los productos controlando los parámetros de síntesis, se puede utilizar un procedimiento que no precisa de altas presiones o temperaturas elevadas. Los disolventes empleados son habituales en la industria y no representan ningún peligro en cuanto a toxicidad o volatilidad. Además, se aplicaron medidas de control de calidad a los ciclos de producción de la planta con el fin de garantizar que estos nanomateriales optimizados alcanzaran los niveles que espera el mercado. «Esta forma relativamente simple, escalable y rentable de producir nanocompuestos avanzados a base de grafeno puede convertirse en la norma de referencia», comenta la doctora García. «Al final del proyecto, estábamos desarrollando nanomateriales avanzados con buenas respuestas electroquímicas». Un potencial revolucionario Dado que hay muchas actividades humanas que dependen de los dispositivos de producción y almacenamiento de energía, cualquier material que ofrezca más eficiencia a un precio económico tiene un potencial revolucionario enorme. Cabe destacar que los nanocompuestos también podrían contribuir a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero mejorando las capacidades de las energías renovables, los vehículos eléctricos o los dispositivos electrónicos. Actualmente, la tecnología sigue en la etapa de escala preindustrial. Para avanzar hasta lograr un suministro listo para el mercado a gran escala para fabricantes y montadores, Gnanomat está desarrollando una asociación estratégica con el grupo de materiales de ingeniería Versarien.

Palabras clave

GRAPHEEN, grafeno, nanocompuestos, electricidad, dispositivo de almacenamiento de energía, energía, electroquímica, carbono, baterías

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