Científicos del MIT han dado con una sorprendente combinación de materiales primitivos para la construcción de un supercondensador que parece de libro de Julio Verne pero que funciona
El supercondensador ‘steampunk’ del MIT.
Por
Jesús Díaz
05/10/2023
Un grupo de Ingenieros del MIT ha creado un supercondensador que utiliza tres sencillos materiales extremadamente baratos que la humanidad lleva utilizando desde los días del Imperio Romano: agua, cemento, negro de carbón, una especie de carbono amorfo resultado de la combustión incompleta del carbón. Estos materiales han sorprendido hasta a sus inventores: Admir Masic, uno de los ingenieros de este supercondensador afirma que estos ingredientes comunes han sido utilizados durante al menos dos milenios, combinándose de una manera específica para crear un nanocompuesto conductor que puede revolucionar el almacenamiento de energía eléctrica.
Este supercondensador es capaz de almacenar grandes cantidades de energía y es la base perfecta para crear un sistema extremadamente barato y fiable capaz de almacenar electricidad de cualquier fuente, incluyendo la energía renovable como la energía solar o eólica, que por su naturaleza intermitente requiere de sistemas de baterías masivos.
Invento clave para la independencia energética
De hecho, los investigadores del MIT imaginan aplicaciones prácticas como la construcción de estos supercondensadores en los cimientos de una casa, permitiendo almacenar un día completo de electricidad sin apenas añadir costes a la construcción y además siendo parte integral de la resistencia estructural del edificio.
Su potencial para facilitar el uso de fuentes de energía renovable y mantener estables las redes de distribución eléctrica durante las fluctuaciones en el suministro de energía renovable. Franz-Josef Ulm, otro de los inventores, apunta que necesitamos sistemas de almacenamiento de energía significativos, especialmente dado que las baterías existentes son costosas y a menudo dependen de materiales como el litio, que son limitados. «Ahí es donde nuestra tecnología es extremadamente prometedora, porque el cemento está en todas partes», afirma Ulm.
Los ingenieros del MIT han creado un supercondensador de materiales antiguos, baratos y abundantes, que puede almacenar grandes cantidades de energía. (MIT)
Cómo funciona
El supercondensador del MIT puede parecer simple desde el exterior, de libro de Julio Verne, pero la innovación va por dentro: en la utilización de materiales y en su estructura interna. Los supercondensadores son dispositivos que tienen dos placas que conducen electricidad, ambas sumergidas en un electrolito (una sustancia que permite el flujo de electricidad) y separadas por una membrana. Cuando se aplica un voltaje a través del supercondensador, los iones —o partículas cargadas— del electrolito se acumulan en las placas, creando un campo eléctrico entre ellas que resulta en el almacenamiento de electricidad. Los supercondensadores pueden almacenar y liberar grandes cantidades de carga eléctrica rápidamente gracias a esta separación de cargas, afirman.
La clave del invento está en que el material con base de cemento tiene una superficie interna extremadamente alta. A medida que la mezcla de cemento y agua endurece, el agua reacciona con el cemento y forma una red de pequeños poros, huecos dentro del material.
Estos supercapacitadores serán claves para la transición energética. (Reuters)
Es ahí donde entra en acción el negro de carbón, uno de los primeros nanomateriales de la historia, con una relación superficie-volumen extremadamente alta gracias a sus propios nanoporos. El negro de carbón migra hacia los espacios creados en el cemento, formando estructuras parecidas a alambres dentro de los poros endurecidos. Estas estructuras de carbón tienen una forma fractal, es decir, que las ramas se dividen a su vez en más ramas, creando una superficie interna muy grande dentro de un volumen relativamente pequeño.
Esta densidad superficial hace que este supercondensador pueda almacenar una energía sin precedentes a un coste ridículo. Al maximizar la superficie interna del material, los ingenieros pueden aumentar la cantidad de energía que el supercondensador es capaz de almacenar.
Los supercondensadores ayudarán a estabilizar la red eléctrica. (Reuters)
Este material de agua, cemento y negro de carbón se sumerge en un electrolito estándar, como cloruro de potasio, que proporciona las partículas cargadas que se acumulan en las estructuras de carbón. Los dos electrodos hechos de este material, separados por un espacio delgado o una capa aislante, resultan en un supercondensador extremadamente potente.
Perfecto para consumo doméstico
El equipo calculó que un bloque de cemento mezclado con nanocarbono-negro de 45 metros cúbicos tendría suficiente capacidad para almacenar aproximadamente 10 kilovatios-hora de energía, el uso diario promedio de electricidad en un hogar típico. Estos supercondensadores pueden cargarse y descargarse mucho más rápidamente que las baterías, lo que los hace particularmente útiles para aplicaciones que requieren una salida de energía rápida.
Según los científicos del MIT, este avance no solo es prometedor en términos de almacenamiento de energía, sino en su coste. Es accesible y económico para que cualquier país pueda usarlo porque los materiales utilizados son baratos y están disponibles en todo el mundo. Además, la cantidad de negro de carbón necesaria es muy pequeña: Tan solo el 3% en volumen de la mezcla se requiere para lograr una red de carbono percolada en la que el carbón forma una red continua a través de todo el material base y permitiendo la conducción de electricidad a través de todo el bloque.
10/03/2024
