Supercondensador revolucionario iguala la energía de las baterías y ofrece potencia superior

Universidad de Monash, Melbourne, Australia

Ingenieros han diseñado un supercondensador que ofrece tanto alta densidad energética como alta densidad de potencia en un solo paquete. (Imagen: Los investigadores)

Nuevo material carbónico desbloquea el área superficial

En un estudio publicado en Nature Communications, el equipo revela un nuevo tipo de material basado en carbono que permite a los supercondensadores almacenar tanta energía como las baterías de plomo-ácido tradicionales, mientras entregan potencia mucho más rápido de lo que las baterías convencionales pueden manejar.

Los supercondensadores son una clase emergente de dispositivos de almacenamiento de energía que almacenan carga electrostáticamente, en lugar de mediante reacciones químicas como las baterías. Hasta ahora, una barrera importante ha sido que solo una pequeña fracción del área superficial del material carbónico —esencial para almacenar energía— era accesible para su uso.

"Nuestro equipo ha demostrado cómo desbloquear mucho más de esa área superficial simplemente cambiando la forma en que se trata térmicamente el material", dijo el profesor Mainak Majumder, director del Centro de Investigación ARC para Manufactura Avanzada con Materiales 2D (AM2D), basado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Monash. "Este descubrimiento podría permitirnos construir supercondensadores de carga rápida que almacenen suficiente energía para reemplazar baterías en muchas aplicaciones y la entreguen mucho más rápido".

Arquitectura de óxido de grafeno reducido multiescala

El secreto reside en una nueva arquitectura de material desarrollada por el equipo, llamada óxido de grafeno reducido multiescala (M-rGO), que se sintetiza a partir de grafito natural.

Mediante un proceso de recocido térmico rápido, los investigadores crearon una estructura de grafeno altamente curvada con vías precisas para que los iones se muevan rápida y eficientemente. El resultado es un material que ofrece tanto alta densidad energética como alta densidad de potencia —una combinación rara vez lograda en un solo dispositivo.

Métricas de rendimiento líderes y escalabilidad

Petar Jovanović, investigador del Centro AM2D de ARC y coautor del estudio, dijo que cuando se ensamblan en dispositivos de celda pouch, los supercondensadores de Monash entregaron densidades energéticas volumétricas de hasta 99.5 Wh/L (en electrolitos de líquido iónico); densidades de potencia de hasta 69.2 kW/L; y capacidades de carga rápida con excelente estabilidad de ciclado.

"Estas métricas de rendimiento están entre las mejores jamás reportadas para supercondensadores basados en carbono, y crucialmente, el proceso es escalable y compatible con materias primas australianas", dijo Jovanović.

Phillip Aitchison, CTO de la spinout de la Universidad de Monash, Ionic Industries, y coautor del estudio, dijo que la tecnología ahora se está comercializando. "Ionic Industries se estableció para comercializar innovaciones como estas y ahora estamos produciendo cantidades comerciales de estos materiales de grafeno", dijo Aitchison. "Estamos trabajando con socios de almacenamiento de energía para llevar este avance a aplicaciones lideradas por el mercado —donde tanto la alta energía como la entrega rápida de potencia son esenciales".

Para más información, contactar a Petar Jovanovic en petar.jovanovic@monash.edu.