Los supercondensadores pueden cargar y liberar energía mucho más rápido que las baterías, pero no tienen la capacidad de almacenamiento de estas. Ahora un equipo de la Universidad de Drexel ha utilizado el material bidimensional MXene para desarrollar un nuevo tipo de electrodo, combinando la capacidad de una batería normal con la velocidad de un supercondensador, lo que podría conducir a dispositivos que se recargan en cuestión de segundos.
La 'ansiedad' de una batería de carga lenta es algo que todos conocemos, por lo que no es sorprendente que los ingenieros estén trabajando en este asunto. Ya hemos visto equipos abordar el problema utilizando nanopuntos para mejorar la capacidad del electrodo y el rendimiento de los electrolitos, y supercondensadores flexibles con mejores tiempos de carga y vida útil. El primer paso del equipo de la Universidad de Drexel para lograr un mejor equilibrio entre velocidad y almacenamiento fue hacer de los nuevos electrodos de MXene, un material 2D altamente conductor.
"Este artículo refuta el dogma ampliamente aceptado de que el almacenamiento de carga química, usado en baterías y pseudocondensadores, es siempre mucho más lento que el almacenamiento físico utilizado en condensadores eléctricos de doble capa, también conocidos como supercondensadores de capacidad", dice Yury Gogotsi, investigador principal del equipo. "Demostramos la carga de electrodos finos de MXene en decenas de milisegundos, lo que es posible gracias a una conductividad electrónica muy alta de MXene, lo que abre el camino al desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía ultra rápida que se pueden cargar y descargar en segundos, pero almacenan mucha más energía que los supercondensadores convencionales".
La estructura de los electrodos es tan importante como el material. Para almacenar una carga, los iones se mantienen en los puertos denominados sitios activos redox, por lo que cuanto más de estos puertos hay, más energía puede almacenar la batería. No sólo el nuevo electrodo se acumula en más sitios activos redox, sino que es "macroporoso", lo que significa que tiene un montón de pequeñas aberturas para permitir que más iones lleguen a los puertos al mismo tiempo.
"En las baterías y supercondensadores tradicionales, los iones siguen un camino tortuoso hacia los puertos de almacenamiento de carga, lo que no sólo ralentiza todo, sino que también crea una situación en la que muy pocos iones realmente llegan a su destino a ritmo de carga rápida", dice Maria Lukatskaya, principal autora del trabajo. "La arquitectura de electrodos ideal sería algo así como los iones que se mueven a los puertos a través de autopistas de alta velocidad de múltiples carriles, en lugar de tomar carreteras de un solo carril. Nuestro diseño de electrodos macroporosos logra este objetivo, lo que permite una rápida carga del orden de unos segundos o menos".
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