El supercondensador basado en plantas lleva la tecnología verde al siguiente nivel

Un prototipo de supercargador verde. Foto cedida por Texas A & M

El diseño propuesto sería rentable, respetuoso con el medio ambiente y tardaría unos minutos en cargarse.

Por Faisal Khan

Traducido por L. Domenech

Para que los vehículos eléctricos alcancen la adopción generalizada, los expertos coinciden en que necesitamos precios de batería más bajos con una mayor vida útil. Se dice que el nivel de costo de la celda de la batería al que los vehículos eléctricos (EV) se pueden vender al mismo precio que los competidores de combustión interna es de menos de $ 100 / kilovatio-hora. Aunque el precio de las baterías de iones de litio ha caído drásticamente en la última década para alcanzar los $ 156 / kWh en 2019, el umbral de $ 100 aún está a unos pocos años.

Elon Musk, el director ejecutivo del principal fabricante de vehículos eléctricos Tesla, ha estado planeando introducir una nueva batería de bajo costo y larga duración en su línea, que permitiría a los Teslas eléctricos vender de manera rentable por el mismo precio o menos que un vehículo de gasolina. Sin embargo, su reciente anuncio arrojó agua fría sobre las expectativas de que podríamos ver uno este año. Musk se dirigió a Twitter para decir que la nueva tecnología de celda de batería presentada no alcanzará una producción ampliada hasta 2022.

Sin embargo, este sigue siendo un evento significativo a medida que llegamos a la encrucijada de la adopción de vehículos eléctricos. Sería incluso mejor si no tuviéramos que depender de elementos de tierras raras como el cobalto. Aparte de las circunstancias políticas y humanitarias que rodean su extracción, el metal también es bastante caro. Aquí es donde esta nueva investigación sobre supercondensadores basados ​​en plantas podría resultar útil en el futuro.

Los supercondensadores pueden tener grandes aplicaciones en el futuro de los vehículos eléctricos considerando sus rápidos ciclos de carga / descarga, lo que permite que los vehículos eléctricos se carguen en cuestión de minutos. Investigadores de la Universidad de Texas A&M están buscando hacer uso de un polímero natural llamado lignina, que pega las fibras de madera, dando rigidez a las plantas y los árboles.

Curiosamente, la lignina se produce en grandes cantidades como producto de desecho en la industria de fabricación de papel. A principios de este año, vimos una investigación que presentaba aplicaciones de este polímero en la fabricación de un hormigón más resistente y una pasta biológica para impresión 3D. El estudio actual solo agrega otro caso de uso de este "desperdicio de madera".

A los efectos de este estudio, los investigadores probaron el polímero para aumentar el rendimiento del dióxido de manganeso, un material utilizado en los electrodos de supercondensadores. Aunque el óxido de manganeso está disponible en abundancia, es seguro y más económico de usar que algunos de los otros óxidos metálicos de uso común (rutenio o zinc), tiene una conductividad eléctrica más baja.

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“En este estudio, pudimos fabricar un supercondensador basado en plantas con un excelente rendimiento electroquímico utilizando un método sostenible de bajo costo. En un futuro cercano, nos gustaría hacer que nuestros supercondensadores sean 100% amigables con el medio ambiente incorporando solo ingredientes ecológicos y sostenibles ".

~ Hong Liang, autor principal

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Investigaciones anteriores en las que la lignina se combinó con óxidos metálicos mostró una mejora notable en el rendimiento eléctrico de los electrodos supercondensadores. El equipo quería ver si se podía replicar lo mismo para los electrodos de dióxido de manganeso.

Partieron purificando la lignina con un desinfectante comúnmente disponible llamado permanganato de potasio. El siguiente paso implicó la aplicación de calor y presión, lo que provocó que el líquido se descompusiera y que el dióxido de manganeso se depositara sobre la lignina.

A continuación, se aplicó esta mezcla sobre la placa de aluminio, creando un electrodo verde. El paso final implicó el montaje del supercondensador intercalando un electrolito en gel entre el electrodo de lignina-dióxido de manganeso-aluminio y otro de aluminio y carbón activado.

Las pruebas de este electrodo verde ligero, flexible y rentable y el supercondensador fabricado a partir de él tuvieron propiedades electroquímicas muy estables. Fue capaz de almacenar una carga eléctrica durante miles de ciclos. El rendimiento de este dispositivo, en comparación con otro supercondensador fabricado con diselenuro de estaño, ofrecía una capacitancia específica 900 veces mayor.

El equipo cree que estas propiedades extenderían su uso como elementos de almacenamiento de energía estructural en vehículos.

El artículo original en ingles se puede leer en Medium y el artículo completo se puede leer en Journal of Energy Storage