Construyen supercondensadores de alto rendimiento y bajo costo con grafeno y nanotubos de carbono

Al combinar los poderes de dos estructuras de carbono de un solo átomo de espesor, investigadores del Laboratorio de Nanotecnología y Micropopulsión de la Universidad George Washington (UGW), en Estados Unidos, han creado un nuevo ultracondensador que es a la vez de alto rendimiento y de bajo costo. El dispositivo, descrito en "Journal of Applied Physics", aprovecha la sinergia mezclando copos de grafeno con nanotubos de carbono de pared simple, dos nanoestructuras de carbono con propiedades complementarias. Los ultracondensadores funcionan por dispositivos de almacenamiento de energía que contienen altas cantidades de energía y también pueden liberar rápidamente esa energía en una oleada. Al combinar las propiedades de alta densidad energética de las baterías con las de alta densidad de potencia de los condensadores convencionales, estos ultracondensadores pueden aumentar el rendimiento de vehículos eléctricos, portátiles electrónicos, sistemas de audio y mucho más.

Los nanotubos de carbono de pared única y el grafeno poseen propiedades electrónicas, térmicas y mecánicas únicas, así como excelentes materiales que los hacen atractivos para el diseño de nuevos supercondensadores, subraya Jian Li, primer autor del informe sobre la investigación. Muchos grupos han explorado el uso de las dos materias por separado, pero pocos habían analizado su combinación, según este experto. "En nuestro laboratorio hemos desarrollado un enfoque por el cual podemos obtener tanto nanotubos de carbono de pared única como grafeno, así que se nos ocurrió la idea de aprovechar los dos nanomateriales de carbono juntos", añade Michael Keidar, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UGW y director del Laboratorio de Nanotecnología y Micropropulsión.

Los investigadores sintetizaron los copos de grafeno y nanotubos mediante la vaporización de una varilla de grafito hueca llena de polvo de catalizador metálico con un arco eléctrico. Entonces, mezclaron las dos nanoestructuras juntas para formar una tinta que extendieron sobre papel, un separador común para los condensadores comerciales actuales. La capacitancia específica del dispositivo de combinación, una medición de la actuación de un condensador por unidad de peso, fue tres veces mayor que la de un dispositivo hecho a partir sólo de nanotubos de carbono. La ventaja de la estructura híbrida, según Li, es que los copos de grafeno proporcionan una gran área de superficie y buena conductividad en plano, mientras que los nanotubos de carbono conectan todas las estructuras para formar una red uniforme.

Mientras que otros tipos de ultracondensadores también han alcanzado la alta capacidad específica de los híbridos grafeno/nanotubo de carbono, dicen los investigadores, la principal ventaja del enfoque de combinación es su bajo costo, ya que el equipo ha desarrollado una manera sencilla de fabricar grandes cantidades de la mezcla. El ultracondensador híbrido también es pequeño y ligero, una ventaja ya que los dispositivos electrónicos se vuelven cada vez más pequeños.