Micro ultracapacitor: imagen microscópica de un electrodo condensador de alta capacidad en una lámina delgada de carbono de unos 50 micrómetros de lado. El zigzag se encuentra en la región porosa que es la parte activa del dispositivo. (Min Heon)

Los dispositivos de almacenamiento de energía llamados condensadores de alta capacidad (ultracapacitores) pueden ser recargados muchas más veces que las baterías, pero la energía total que pueden almacenar es limitada. Eso significa que estos dispositivos son muy útiles para producir ráfagas de gran intensidad, pero no para proporcionar energía durante periodos largos de tiempo como requiere un ordenador portátil o un motor.

Ahora, investigadores de la Drexel University de Filadelfia han demostrado que es posible usar técnicas tomadas de la industria del microchip para fabricar “thin-film condesadores de alta capacidad” que pueden almacenar tres veces más energía por volumen que los ultracapacitores convencionales. Y aunque sigue siendo insuficiente en comparación con las baterías, permite su uso en multitud de aplicaciones sin necesidad de ser reemplazados.

Podrían utilizarse, por ejemplo, en la fabricación de chips RFID, en chips usados en relojes digitales donde ocuparían menos espacio que las pilas convencionales… Podrían también colocarse en el reverso de células solares, tanto móviles como en instalaciones fijas, almacenando la energía generada durante el día.

Un condensador de alta capacidad es una fuente de energía que tiene virtualmente una vida ilimitada, dice Yury Gogotsi, profesor ciencia de materiales e ingeniería en Drexel, que dirige el desarrollo de láminas delgadas ultracapacitoras. “Podrían tener más duración que cualquiera de los otros dispositivos electrónicos, sin tener que ser reemplazados nunca“. Mientras las pilas de almacenamiento basadas en reacciones químicas se degradan con el tiempo, los condensadores trabajan transfiriendo las cargas a la superficie, lo que significa que pueden cargarse y descargarse rápidamente y como los materiales no están involucrados en ninguna reacción química, el ciclo puede repetirse miles de veces. Los investigadores han empezado a desarrollar condensadores de alta capacidad en lámina delgada, pero aún hay que superar algunas dificultades relacionadas con la energía total almacenada con los métodos de fabricación usuales.

El grupo de Gogotsi utiliza un método para lograr un vacío alto llamado “deposición química de vapor“  para crear láminas delgadas de carburos metálicos como el carburo de titanio sobre la superficie de una oblea de silicio. Después se retira el titanio mediante cloración quedando una superficie porosa de carbón. En cada lugar dejado por los átomos de titanio queda un pequeño poro. “La lámina es como una esponja molecular en la que el tamaño de cada poro es igual al de un simple ión“. Eso significa que cuando se usa como almacén material de carga en un ultracapacitor, las láminas de carbón pueden acumular una gran cantidad de carga en su superficie. Los investigadores de Drexel completan el dispositivo añadiendo electrodos metálicos para el intercambio de cargas con la superficie y un electrolito líquido que transporte dichas cargas. El comportamiento del dispositivo es mejor cuando el grosor de la lámina es de unos 50 micrómetros, aproximadamente el de un cabello humano.

Aunque el informe del comportamiento de estas nuevas láminas aparece ahora en Science, los investigadores de Drexel desarrollaron el material ultracapacitor hace ya unos años. Los ultracapacitores convencionales están hechos con polvo de carbón activo. Estos polvos pueden usarse para fabricar grandes láminas delgadas. Otros grupos han desarrollado thin-film ultracapacitores imprimibles basados en nanotubos de carbono que, según Gogotsi, pueden almacer muchas más cargas.

En teoría, sigue Gogotsi, no hay límite de tamaño que las láminas pueden tener usando estos métodos, utilizados por la industria solar y la de visores para fabricar paneles de nueve metros cuadrados, porque las películas de carbono son delgadas y pueden ser hechas a bajas temperaturas (unos 200º), por lo que podrían integrarse en dispositivos electrónicos flexibles.

Fuente : Technology Review