Buscando la verdad…

En octubre de 2010, una desconocida sustancia para el gran público hizo entrar en la historia a sus descubridores, Andre Geim y de Konstantin Novoselov , como receptores, ese mismo año, del premio nobel de física .
Este elemento era el grafeno . Una delgada capa de átomos de carbono, extraido a partir del grafito, y que tenía unas propiedades casi mágicas.
A saber (Fuente Wikipedia):

  • Algunos científicos de la Universidad de Ilinois en Míchigan aseguran que el grafeno tiene propiedades de autoenfriamiento.
  •  Alta conductividad térmica y eléctrica.
  •  Alta elasticidad y dureza.
  •  Resistencia (200 veces mayor que la del acero).
  •  El grafeno puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, lo que dota a este material de gran potencial de desarrollo.
  •  Soporta la radiación ionizante.
  •  Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible.
  •  Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones.
  •  Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio.
  •  Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.

Todas estas propiedades lo presentaban como el material que configuraría nuestro futuro. Y poco más de un año depués, ya ha empezado a dar sus frutos.

Un equipo de investigadores de la Northwestern University han logrado crear baterías usando este material. En sus propias palabras:

We have found a way to extend a new lithium-ion battery’s charge life by 10 times,” said Harold H. Kung, lead author of the paper. “Even after 150 charges, which would be one year or more of operation, the battery is still five times more effective than lithium-ion batteries on the market today.

Hemos encontrado una manera de extender las nuevas cargas de una batería de iones de litio 10 veces”, dijo Harold H. Kung, autor principal del artículo. “Incluso después de 150 recargas, lo que sería un año o más de funcionamiento, la batería sigue siendo cinco veces más eficaz que las baterías de iones de litio que hay en el mercado hoy en día.

(Paper original )
Ver, tambien : Non-Annealed Graphene Paper as a Binder-Free Anode for Lithium-Ion Batteries.

Pero ¿como es posible que estas baterías recarguen más rápido y duren más?. Veamos como funcionan estas baterías:

En una batería tenemos, de manera muy resumida, tres elementos, el ánodo, el electrólito y el cátodo. Cuando una batería se está descargando los iones de litio se trasladan desde el ánodo, a través del eletrólito, hasta el cátodo. Cuando la batería se recarga el movimiento se produce a la inversa.

La capacidad de carga, que depende de la densidad energética, tiene que ver con la cantidad de átomos de litio que pueden ser almacenados en el ánodo (o en el cátodo). La velocidad de la recarga tiene que ver con la velocidad a la que los iones de litio vuelven del cátodo al ánodo, viajando a través del electrólito.

En las actuales baterías de iones de litio el ánodo suele estar formado por láminas capa tras capa de grafeno (basado en el carbono). Pueden almacenar un átomo de litio por cada seis átomos de carbono. Si el ánodo se forma con láminas de silicio, se pueden almacenar cuatro átomos de litio por cada átomo de silicio.

El silicio, sin embargo, presenta un inconveniente, se expande y se contrae mucho durante el proceso de recarga, causando su fragmentación con el tiempo y pérdida de capacidad de carga. Lás láminas de grafeno son muy delgadas, de un sólo átomo de carbono de espesor, y proporcionalmente son muy largas, por lo que los iones de litio tienen que emplear mucho tiempo viajando hasta una posición libre, por eso la velocidad de recarga es lenta.

Los investigadores de esta universidad han encontrado la solución para estos dos inconvenientes. Para evitar la expansión y contracción han optado por combinar los grupos de silicio entre las láminas de grafeno, a modo de sándwich. Se consigue más densidad energética que solo con grafeno, y estas absorben la dilatación del silicio sin que se fragmente.

Para conseguir que los iones de litio lleguen más rápido a una posición libre, han recurrido a un proceso de oxidación química que crea agujeros minúsculos de 10 a 20 nanómetros, que sirven de atajo para que se cuelen los átomos de litio, aumentando la velocidad de recarga. El resultado final es el que os he contado al comienzo del artículo: se consigue una densidad energética diez veces mayor y recargar la batería diez veces más rápido.

(Fuente: www.motorpasionfuturo.com – Baterías de iones de litio y silicio-grafeno: diez veces más capacidad, recarga diez veces más rápida )

Estas nuevas baterías podrían dar lugar a aparatos electrónicos que se cargan en 15 minutos y duren en funcionamiento una semana (ver aqui ) o coches eléctricos con autonomías de más de 800 kilómetros por carga (ver aquí ).

El grafeno parece que viene para quedarse, y mejorar sustancialmente nuestra calidad de vida.

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Comentarios en: "El Grafeno y el presente: Baterías Litio-Grafeno" (1)

  1. […] » noticia original Esta entrada fue publicada en Noticias de ciencia y tecnología por admin. Guarda el enlace permanente. […]

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