Desarrollan un nuevo condensador capaz de mejorar el almacenamiento de energía

En la incansable búsqueda de soluciones energéticas más eficientes y sostenibles, un equipo de investigación multiuniversitario ha alcanzado un hito significativo en la tecnología de condensadores. Con la colaboración de la Universidad de Houston, la Universidad Estatal de Jackson y la Universidad Howard, se ha desarrollado un nuevo tipo de condensador flexible de alta densidad energética, un dispositivo clave en el almacenamiento de energía.

Aunque el prototipo es diminuto, con unas dimensiones de apenas 2,5 cm por 2,5 cm, las versiones a mayor escala podrían tener un gran impacto en los sistemas de almacenamiento de energía en una variedad de sectores. Desde la medicina hasta la aviación, pasando por la electrónica de consumo y la defensa, los condensadores podrían desempeñar un papel crucial.

Los condensadores dieléctricos, elementos esenciales de dispositivos electrónicos y sistemas de almacenamiento de energía, se destacan por su capacidad para liberar grandes cantidades de energía rápidamente, lo que los convierte en componentes cruciales para aplicaciones de alta potencia.

El catedrático de Ingeniería Química Alamgir Karim, de la Universidad de Houston, ha señalado que "los condensadores de alta energía y potencia son fundamentales para un suministro confiable de energía, especialmente a medida que aumenta el uso de fuentes renovables. Sin embargo, los condensadores dieléctricos actuales no almacenan tanta energía como otros dispositivos, como las baterías. Su alta densidad de potencia los hace atractivos para una multitud de aplicaciones".

La cantidad de energía que puede almacenar un condensador depende de su permitividad y de su resistencia a la ruptura dieléctrica. "Para aumentar el almacenamiento de energía de un condensador, tenemos que mejorar ambos", agregó Karim.

Rendimiento

En este estudio, los investigadores han diseñado un nuevo tipo de condensador utilizando polímeros en capas con nanorrellenos 2D orientados. Estos nanorrellenos consisten en copos de materiales 2D exfoliados mecánicamente, dispuestos en capas específicas para crear una estructura tipo sándwich. Este diseño ultrafino, más delgado que un cabello humano, ha demostrado un rendimiento mejorado en términos de densidad energética y eficiencia en comparación con los condensadores que emplean nanorrellenos mezclados al azar.

Maninderjeet Singh, doctor en ingeniería química por la UH ha declarado que "nuestro trabajo demuestra el desarrollo de condensadores de alta densidad energética y potencia mediante el bloqueo de las vías de ruptura eléctrica en materiales poliméricos con nanorrellenos 2D orientados".

El equipo utilizó materiales como la mica y el nitruro de boro hexagonal para demostrar la eficacia del control de la orientación de las nanohojas 2D en el bloqueo de las vías de ruptura eléctrica. Sorprendentemente, se observaron mejoras significativas en la permitividad dieléctrica incluso con una fracción mínima de nanorrellenos.

"Con la ayuda de técnicas mecánicas de exfoliación y transferencia, conseguimos la orientación deseada", explica Karim, destacando la contribución esencial de los investigadores de Jackson State en esta etapa del proceso.

Aplicaciones

Se espera que estos condensadores híbridos encuentren una amplia gama de aplicaciones en el futuro, desde dispositivos médicos como marcapasos hasta sistemas electrónicos y vehículos eléctricos. Los investigadores están comprometidos a continuar ampliando las capacidades de almacenamiento de energía mediante el desarrollo de interfaces orgánicas-inorgánicas continuas en estos nanocompuestos.

En palabras de Singh, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia, "creemos que nuestros hallazgos inspirarán nuevos estudios para desarrollar condensadores de densidad energética aún mayor, contribuyendo a un futuro más limpio y sostenible".

Además de este avance, el equipo continúa explorando otros sistemas poliméricos en su búsqueda del desarrollo de condensadores de alta densidad energética para un futuro más verde.