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Supercondensadores de grafeno

Supercondensadores de grafeno

El grafeno es una capa delgada de carbono puro, bien empaquetado y unido en una red hexagonal de panal. Es ampliamente considerado como un “material maravilloso” porque está dotado de una gran cantidad de rasgos sorprendentes: es el compuesto más delgado conocido por el hombre con un átomo de grosor, así como el mejor conductor conocido. También tiene una sorprendente fuerza y ​​características de absorción de luz, e incluso se considera ecológico y sostenible, ya que el carbono está muy extendido en la naturaleza y es parte del cuerpo humano.

El grafeno a menudo se sugiere como un reemplazo para el carbón activado en los supercondensadores, en parte debido a su alta área de superficie relativa (que es aún más sustancial que la del carbón activado). El área de superficie es una de las limitaciones de la capacitancia y un área de superficie más alta significa un mejor almacenamiento de carga electrostática. Además, los supercondensadores basados ​​en grafeno utilizarán su naturaleza liviana, sus propiedades elásticas y su resistencia mecánica.

Se dice que los supercondensadores basados ​​en grafeno almacenan casi tanta energía como las baterías de litio-ion, se cargan y descargan en segundos y mantienen todo esto durante decenas de miles de ciclos de carga. Una de las maneras de lograr esto es mediante el uso de una forma de grafeno altamente porosa con una gran área de superficie interna (fabricada al empaquetar polvo de grafeno en una celda con forma de moneda y luego secarla y presionarla).

¿Qué son los supercondensadores?

Los supercondensadores, también conocidos como EDLC (condensador eléctrico de doble capa) o Ultracapacitores, se diferencian de los condensadores normales en que pueden almacenar enormes cantidades de energía.

Un condensador básico generalmente consiste en dos placas de metal, separadas por un aislante (como aire o una película de plástico). Durante la carga, los electrones se acumulan en un conductor y se alejan del otro. Un lado gana una carga negativa mientras que el otro construye uno positivo. El aislador perturba el impulso natural de la carga negativa hacia la positiva, y esa tensión crea un campo eléctrico. Una vez que los electrones reciben un camino hacia el otro lado, se produce la descarga.

Los supercondensadores también contienen dos placas de metal, recubiertas solo con un material poroso conocido como carbón activado. Se sumergen en un electrolito hecho de iones positivos y negativos disueltos en un solvente. Una placa es positiva y la otra negativa. Durante la carga, los iones del electrolito se acumulan en la superficie de cada placa recubierta de carbono. Los supercondensadores también almacenan energía en un campo eléctrico que se forma entre dos partículas de carga opuesta, solo que tienen el electrolito en el que se dispersa uniformemente un número igual de iones positivos y negativos. Así, durante la carga, cada electrodo termina teniendo dos capas de recubrimiento de carga (doble capa eléctrica).

Diseño de supercondensador

Baterias y supercondensadores

A diferencia de los condensadores y supercondensadores, las baterías almacenan energía en una reacción química. De esta manera, los iones se insertan en la estructura atómica de un electrodo, en lugar de simplemente aferrarse a él como en supercondensadores. Esto hace que los supercondensadores(y el almacenamiento de energía sin reacciones químicas en general) puedan cargarse y descargarse mucho más rápido que las baterías. Debido al hecho de que un supercondensador no sufre el mismo desgaste que una batería basada en reacción química, puede sobrevivir a cientos de miles más de ciclos de carga y descarga.

Los supercondensadores cuentan con una alta capacidad de almacenamiento de energía en comparación con los condensadores normales, pero aún se quedan atrás de las baterías en esa área. Los supercondensadores también suelen ser más caros por unidad que las baterías. Técnicamente, es posible reemplazar la batería de un teléfono celular con un supercondensadores , y se cargará mucho más rápido. Por desgracia, no se mantendrá cargado por mucho tiempo. Sin embargo, los supercondensadores son muy efectivos para aceptar o entregar una repentina oleada de energía, lo que los convierte en un compañero adecuado para las baterías. Las fuentes de energía primarias, como los motores de combustión interna, las pilas de combustible y las baterías, funcionan bien como una fuente continua de baja potencia, pero no pueden manejar de manera eficiente las demandas de potencia pico o recuperar energía porque se descargan y recargan lentamente. Los supercondensadores brindan ráfagas rápidas de energía durante las demandas de potencia máxima y luego almacenan rápidamente la energía y capturan el exceso de energía que de otro modo se perdería. En el ejemplo de un automóvil eléctrico, un supercondensadorepuede proporcionar la potencia necesaria para la aceleración, mientras que una batería proporciona alcance y recarga el supercondensador entre subidas de tensión.

Supercondensador vs tiempo de carga de la batería

Aplicaciones comunes de supercondensadores

Los supercondensadores se utilizan actualmente para recolectar energía de los sistemas de frenos regenerativos y liberar energía para ayudar a los autobuses híbridos a acelerar, proporcionar potencia de arranque y estabilización de voltaje en los sistemas de arranque / parada, respaldo y potencia máxima para aplicaciones automotrices, asistir en la aceleración de trenes, abrir puertas de aviones en el En caso de fallas de energía, ayude a aumentar la confiabilidad y estabilidad de la red de energía de los sistemas de paso de cuchillas, capture energía y brinde energía de ráfaga para ayudar en las operaciones de elevación, suministre energía a los centros de datos entre fallas de energía e inicio de sistemas de energía de respaldo, tales como generadores diesel o pilas de combustible y proporcionan almacenamiento de energía para reafirmar la producción de instalaciones renovables y aumentar la estabilidad de la red.

Materiales rivales

Existen varios materiales que se investigan y sugieren para aumentar los supercondensadores tanto (o incluso más) de grafeno. Entre estos materiales se encuentran: el cáñamo, que fue utilizado por investigadores canadienses para desarrollar fibras de cáñamo que son al menos tan eficientes como las de grafeno en los electrodos de supercondensadores, los filtros de cigarrillos, que fueron usados ​​por investigadores coreanos para preparar un material para electrodos de supercondensadores que exhibe una mejor Capacidad de velocidad y mayor capacitancia específica que el carbón activado convencional e incluso más alto que el grafeno dopado con N o electrodos de CNT dopados con N.

Comercialización de supercondensadores de grafeno

Los supercondensadores de grafeno ya están en el mercado y varias compañías, entre ellas Skeleton Technology , CRRC , ZapGoCharger , Angstron Materials y Sunvault Energy están desarrollando dichas soluciones. Lea nuestro informe del mercado de supercapacitores de grafeno para obtener más información sobre este mercado emocionante y cómo lo afectará el grafeno.