Investigadores de la Universidad de Alberta del Instituto Nacional de Nanotecnología (NINT) han descubierto que los electrodos a base de cáñamo para supercondensadores superan a los supercondensadores estándar en casi un 200%. En la actualidad, el material preferido para fabricar electrodos es el grafeno. Los electrodos son los conductores eléctricos que conectan un medio de almacenamiento eléctrico con el mundo exterior. Algunos materiales pueden manejar aplicaciones de alta corriente y otros permiten tiempos de acceso rápidos. El grafeno hace ambas cosas.
Hay un inconveniente, sin embargo. El grafeno cuesta alrededor de $ 2.000 por gramo. Buscando una solución menos costosa, los investigadores de NINT, dirigido por el profesor de ingeniería David Mitlin, desarrollaron un proceso para convertir los residuos de cáñamo fibroso en un único nanomaterial que supera el grafeno. Lo que es más, se puede fabricar por menos de $ 500 por tonelada.
“Nuestro trabajo abre en realidad un método de fabricación muy barato y producible len masa con una materia de calidad del nivel del grafeno – algo que nunca se ha logrado antes”, dice Mitlin.
El carbono es el componente principal de la mayoría de los electrodos. Ya se trate de carbón activado, carbono con plantilla, nanofibras de carbono, nanotubos de carbono, o grafeno, todos han sido intensamente estudiados como materiales como electrodos supercondensadores. Muchos son caros de fabricar y también limitan las características de potencia.
“Cada vez es bien sabido que la clave para lograr la máxima potencia en los electrodos porosos es reducir las limitaciones de transporte de iones”, dice Mitlin. “Los nanomateriales basados en grafeno y sus híbridos se han convertido en una nueva clase de candidatos de electrodos de alta tasa prometedores. Sin embargo, son demasiado caros de fabricar en comparación con los de carbonos activados derivados por la pirólisis de residuos agrícolas, o de las operaciones por coquización “.
Mitlin decidió poner a prueba la estructura celular única de la fibra de cáñamo para ver si se podía producir nanoláminas de carbono similar al grafeno. Los residuos de fibra de cáñamo se calentaron bajo presión a 180 ° C durante 24 horas. El material carbonizado resultante se trató con hidróxido de potasio y después se calentó a temperaturas tan altas como 800 ° C, lo que resultó en la formación de nanoláminas de estructura única. Las pruebas de este material revelaron un descargó de 49 kW de potencia por kg de material – casi el triple de la oferta de electrodos comercial estándar, 17 kW / kg.
“Los nanoláminas resultantes similares al grafeno poseen propiedades fundamentalmente diferentes, tales como la distribución de tamaño de poro, la interconexión física y la conductividad eléctrica en comparación con el carbono derivado de la biomasa convencional,” Mitlin cuenta en la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos .
“Estamos encantados de lo bien que va este material como electrodos de supercondensadores,” dice Mitlin. “Esta nueva ruta de síntesis de precursores de células presenta un gran potencial para la producción fácil y a gran escala de átomos de carbono de alto rendimiento para una variedad de diversas aplicaciones, incluyendo el almacenamiento de energía, dispositivos electrónicos portátiles, fuentes de alimentación ininterrumpida, dispositivos médicos, nivelación de carga y vehículos eléctricos híbridos.”
Este avance, si es comercializado con éxito, podría ser un factor significativo en la reducción del coste de los vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.
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