Tecnología
Supercapacitores

Los supercapacitores o supercondensadores, también conocidos como ultracondensadores, son como los capacitores normales pero almacenan hasta unas 10.000 veces más energía, ocupando el mismo tamaño. Algunos pueden llegar hasta 3.000 faradios (los normales suelen almacenar del orden de microfaradios). Tienen un gran rendimiento (el 98% de la carga se devuelve); almacenan mucha energía en relación a su peso (4Wh/kg), aunque no tanto como un batería; no presentan efecto memoria y tienen una gran capacidad de carga y descarga rápida (5kW/kg).

Científicos anuncian revolución en almacenamiento de energía

Casi todo lo que funciona con baterías – los flashes de las cámaras, los teléfonos móviles, los coches eléctricos, los sistemas de guía de los misiles – podrían perfeccionarse con un mejor suministro de energía. Pero las baterías tradicionales no han progresado demasiado desde el diseño básico desarrollado por Alessandro Volta en el siglo XIX.
Un trabajo efectuado en el Laboratorio para Sistemas Electromagnéticos y Eléctricos (LEES) del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) promete convertirse en la primera alternativa (económicamente viable y significativa en lo tecnológico) a las baterías convencionales en más de 200 años.


. Los nanotubos alineados verticalmente del supercapacitor del LEES poseen una forma regular y una anchura de solo varios diámetros de átomo. El resultado es un área de superficie significativamente más efectiva, lo cual equivale a un incremento en la capacidad de almacenamiento igualmente significativo.

Joel E. Schindall, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática (I.E.I.) poseedor de la cátedra Bernard Gordon y director asociado en el LEES; John G. Kassakian, profesor de I.E.I. y director del LEES; y el candidato al doctorado Ricardo Signorelli, han empleado estructuras de nanotubos para potenciar un dispositivo de almacenamiento de energía llamado supercapacitor.
Los capacitores almacenan energía como campo eléctrico, lo cual los hace más eficientes que las baterías estándares, que obtienen su energía a partir de reacciones químicas. Los supercapacitores son pilas de almacenamiento basadas en capacitores que suministran estallidos rápidos y masivos de energía instantánea. A veces se les emplea en los vehículos activados por pila de combustible para aportar un empuje extra en la aceleración cuando circulan y cuando suben cuestas.

Sin embargo, los supercapacitores necesitan mucho más espacio que las baterías para almacenar la misma carga.
El invento del LEES incrementaría la capacidad de almacenamiento de los supercapacitores ya existentes en el mercado, almacenando el campo eléctrico a nivel atómico.

Los nuevos supercapacitores mejorados con nanotubos pueden fabricarse en cualquiera de los tamaños disponibles hoy en día y se pueden producir empleando tecnología convencional

Aunque los supercapacitores llevan en circulación desde la década de 1960, son relativamente caros y solo hace poco que han empezado a ser fabricados en cantidades lo suficientemente apreciables como para que se hagan competitivos. Hoy en día se pueden encontrar supercapacitores en todo un abanico de dispositivos electrónicos, desde las computadoras hasta los coches.

Sin embargo, a pesar de sus ventajas inherentes – una vida media superior a 10 años, la capacidad de funcionar con indiferencia de los cambios de temperatura, su alta inmunidad a las sacudidas y a la vibración y su alta eficiencia en cargas y descargas – las restricciones físicas en las superficies de los electrodos y el problema del espacio han limitado la capacidad de almacenamiento energético de los supercapacitores haciéndola 25 veces menor que la que se obtiene con una pila de iones de litio de un tamaño similar.

El supercapacitor del LEES posee la capacidad de superar esta limitación energética gracias al empleo de paredes sencillas de nanotubos de carbono alineadas verticalmente; el diámetro de los nanotubos es una treintava de milésima menor que el de un cabello humano y su longitud es 100 000 veces mayor que su espesor. ¿Cómo funciona? La capacidad de almacenamiento de un supercapacitor es proporcional al área de la superficie de los electrodos.

Los supercapacitores actuales usan electrodos hechos a base de carbón activado, que es extremadamente poroso y por ello posee una gran área de superficie. Sin embargo, los poros en el carbón son irregulares en tamaño y forma, lo cual reduce su eficiencia. Los nanotubos alineados verticalmente del supercapacitor del LEES poseen una forma regular y una anchura de solo varios diámetros de átomo. El resultado es un área de superficie significativamente más efectiva, lo cual equivale a un incremento en la capacidad de almacenamiento igualmente significativo.

Los nuevos supercapacitores mejorados con nanotubos pueden fabricarse en cualquiera de los tamaños disponibles hoy en día y se pueden producir empleando tecnología convencional.

“Esta configuración posee el potencial de mantener, e incluso mejorar, las caracteristicas de alta funcionalidad de los supercapacitores mientras que suministra densidades de almacenamiento energético comparables a las de las baterías”, comentó Schindall. “Los supercapacitores mejorados con nanotubos combinarían la larga durabilidad y las características de alta potencia de los supercapacitores comerciales, con la más alta densidad de almacenamiento energético que normalmente solo se puede conseguir con las baterías químicas”.

Los capacitores almacenan energía como campo eléctrico, lo cual los hace más eficientes que las baterías estándares

¿Un competidor contra las baterias?

Será esta la venganza de los capacitores contra las baterías? Estamos rodeados de baterías, o pilas si se prefiere, por todas partes. Pequeñas como lentejas o gigantescas como armarios, cajas pesadas en nuestros automóviles o estilizadas láminas en los modernos teléfonos. Podría decirse que vivimos en la edad de oro de las baterías pero… ¿algo puede amenazar su reinado? Me atrevería a decir que, a corto y medio plazo no, pero algunas novedosas propuestas intentan romper el reino de las pilas para dar paso a otra cosa, no sé muy bien qué, pero sería algo diferente. Una reciente patente, sobre la que se está hablando mucho, puede que tenga algo que ver en la guerra por competir contra las baterías. Se trata de una especie de “supercapacitor” que, a decir de sus defensores - y con esto siempre hay que tener cuidado - promete tener ventajas muy interesantes sobre las baterías convencionales:
Se trata de un capacitor que utiliza titanato de bario como medio dieléctrico.
Afirman que su coste es cercano a la mitad del de las baterías de ácido por cada kilovatio/hora y además mucho más ligero.
Fáciles de fabricar, son capaces de cargarse por completo en apenas unos minutos, ofreciendo capacidades superiores a las baterías convencionales.
Pueden cargarse más de un millón de veces sin apenas degradación de los materiales, al contrario que una batería convencional de plomo y ácido que no suele llegar en óptimas condiciones al millar de ciclos de recarga.
Dados los materiales de los que se compone, es prácticamente inerte para el medio ambiente, siendo en este campo mucho más ventajoso que las contaminantes baterías convencionales.

Los capacitores almacenan energía como campo eléctrico

Pila de papel superligera y utradelgada

Las pilas son muy contaminantes, cuanto antes las reemplacemos, o nos las quitemos de encima, mejor. Con esa idea, un grupo de científicos dirigidos por Robert Linhardt han creado una pila superligera que semeja un papel negro.

Ya habíamos visto una batería ultradelgada, pero esta pila es superior. Está formada por un 90% de celulosa y por el otro 10% de nanotubos de carbono que funcionan como eléctrodos. Se puede plegar y puede funcionar a temperaturas extremas de entre menos 40 y más 160 grados centígrados. Y no es desechable, sino que puede recargarse.
Los científicos, del Instituto Politécnico Rensselaer en Nueva York, publicaron su trabajo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Para lograr esta pila ideal, los científicos impregnaron papel de celulosa poroso con nanotubos de carbono. Así, junto con un electrolito para transportar corrientes eléctricas, los investigadores crearon supercapacitores, baterías y dispositivos híbridos que almacenan y proporcionan energía. Como fuente de energía, los supercapacitores proporcionan corrientes y voltajes comparables a otros supercapacitores y dispositivos de almacenamiento de energía flexibles.

Esta pila es superior. Está formada por un 90% de celulosa y por el otro 10% de nanotubos de carbono que funcionan como eléctrodos. Se puede plegar y puede funcionar a temperaturas extremas de entre menos 40 y más 160 grados centígrados. Y no es desechable, sino que puede recargarse

Crearon así una batería de papel, litio y aluminio que utilizaron para producir y dirigir luz. A la vez desarrollaron una fuente de energía híbrida que combina los supercapacitores y las baterías. Comprobaron que los papeles-pila funcionaban incluso si se enrollaban sobre sí mismos, se retorcían o se doblaban, en un amplio rango de temperaturas y con electrolitos diferentes.

Las aplicaciones de esta nanopila son muchísimas, los creadores incluso descubrieron que la sangre y el sudor servían como electrolitos adecuados para los supercondensadores. De esta forma se podría utilizar en aplicaciones biológicas y médicas. Son totalmente adaptables a diferentes formas y tamaños gracias a su gran flexibilidad.

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