Nanoláminas de cáñamo superiores al grafene para electrodos de supercapacitor

Cultivo de cáñamo en Côtes-d’Armor, Brittany, France (crédito: Barbetorte, Creative Commons)

Cultivo de cáñamo en Côtes-d’Armor, Brittany, France (crédito: Barbetorte, Creative Commons)

A medida que el cáñamo (hemp*) regresa a los Estados Unidos después de décadas de prohibición de su cultivo, un grupo de científicos reporta que las fibras de esta planta pueden almacenar tanta energía y poder como el grafene, largamente considerado el material modelo para  supercapacitores.

David Mitlin explica que los supercapacitores son dispositivos de almacenamiento de energía  que tienen un gran potencial de transformar la manera en que los dispositivos electrónicos obtienen su fuente poder.

A diferencia de las baterías recargables de hoy, que requieren estar conectadas a su fuente de poder por varias horas, un supercapacitor se carga y descarga en cosa de segundos. Pero normalmente son incapaces de almacenar tanta energía como una batería, una propiedad importante conocida como densidad de energía.

Un método que los investigadores están recorriendo para mejorar la densidad de energía en los supercapacitores es el diseño de mejores electrodos. El equipo de Mitlin ha descubierto la manera de crear estos electrodos a partir de la fibra de cáñamo –ya que esta fibra puede almacenar tanta energía como lo hace el grafene.

La carrera hacia un supercapacitor ideal se ha concentrado por mucho tiempo en el grafene –un material ligero y fuerte compuesto de capas de carbono de un sólo átomo de grosor que pueden convertirse en electrodos. Los científicos han estado investigando la manera en que pueden sacar ventaja de las propiedades únicas del grafene para construir celdas solares, sistema se filtración de agua, tecnologías sensibles al tacto, así como baterías y supercapacitores. El problema principal es el costo de este material.

“El rendimiento de nuestro dispositivo es igual o mejor que los dispositivos basados en grafene”, dijo Mitlin. “La ventaja principal es que nuestros electrodos están compuestos de desecho biológico a partir de un proceso simple, y por lo tanto, muchos más económicos que el grafene”.

“Conocemos el secreto del cáñamo”, dijo Mitlin, de la Universidad de Clarkson en Nueva York. “El truco consiste en entender realmente la estructura de un material inicial y afinar la manera en que se procesa para obtener lo que sin duda consideramos propiedades asombrosas”.

Cómo crear nanoláminas de carbono a partir del cáñamo

Mitlin y su equipo descubrieron que si calentaban las fibras durante 24 horas un poco más allá de 176 grados centígrados, y luego aplicar al material resultante calor aún más intenso, se convertiría en nanoláminas de carbono.

Mitlin construyó los supercapacitores utilizando el carbono derivado del cáñamo en forma de electrodos y un líquido iónico como electrolito. Una vez conjuntados, el dispositivo tuvo un mucho mejor rendimiento que los supercapacitores comerciales actuales, tanto en densidad de energía como en el rango de temperaturas en el cual pueden trabajar.

“Hemos superado ya la prueba de principio inicial para un supercapacitor totalmente funcional”, dijo. “Ahora nos estamos enfocando en la manufactura en pequeña escala”. Una empresa canadiense está ya trabajando con esta tecnología.

Mitlin y su equipo presentarán su investigación esta semana en la 248th National Meeting & Exposition de la Sociedad Americana de Quimica (ACS).

Mitlin realizó la investigación mientras residía en la Universidad de Alberta.

Más información aquí.

* El cáñamo y la marihuana provienen de la misma planta —Cannabis Sativa L. El término cáñano (hemp) se refiere por lo general al uso comercial o industrial del tallo y la semilla para telas, alimentos, papel y productos de cuidado personal, detergentes, plásticos y materiales de construcción. El cáñamo industrial es técnicamente la misma planta de donde proviene la marihuana. Sin embargo, es de una variedad distinta, o subespecie, que contiene diferencias importantes. La fibra de cáñamo es la más larga, fuerte y durable de todas las fibras naturales. El cultivo del cáñamo no requiere químicos, pesticidas o herbicidas. Cultivado en rotación con otras plantas, como maíz o alguna otra legumbre, hace su cultivo completamente sostenible.

 

 

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  • BATERIA DE CAÑAMO