Tecnología “usable” y vehículos eléctricos podrían tener un repunte con mezcla de grafeno y boro
Científicos de la Universidad Rice crearon este supercapacitor utilizando láser y marcando un patrón en una hoja de poliamida con boro incorporado. Este dispositivo puede utilizarse en electrónica flexible y usable. (Crédito: Tour Group/Rice University)
Añadiendo al polímero de un capacitor de grafeno inducido con láser (utilizado para almacenar y descargar electricidad rápidamente) ácido bórico cuadruplicó la habilidad del capacitor para almacenar una carga eléctrica al tiempo que aumentó su densidad de energía (energía acumulada en un sistema dado o en una región del espacio, por unidad de volumen en un punto), según reportan investigadores de la Universidad Rice.
El laboratorio químico de Rice utiliza láseres comerciales para crear supercapacitores flexibles y delgados al quemar patrones en polímeros comunes. El láser quema todo menos del carbono con una profundidad de 20 micrones en la capa superior, la que luego se convierte en una matriz interconectada de hojuelas de grafeno.
Los capacitores cargan electricidad rápidamente y liberan su energía en una descargar cuando es requerida, como en un flash de cámara. Los supercapacitores añaden la alta capacidad de energía de baterías y tiene el potencial de uso en vehículos eléctricos y otras aplicaciones. Sin embargo, si se pudieran fabricar con facilidad y de menor tamaño y flexibles, sus aplicaciones serían muchas más, incluyendo catalizadores, transistores de emisión de campo, componentes de celdas solares y baterías de litio, indicaron los investigadores.
En un trabajo previo, el equipo encabezado por Zhiwei Peng experimentó con varios polímeros y descubrió que la poliamida comercial era el mejor para este proceso. Para la investigación reciente, disolvieron ácido bórico en ácido poliamido y lo condensaron en una hora de poliamida con boro, lo que luego fue expuesto al láser.
Producción a escala industrial
Este proceso de dos etapas produce microsupercapacitores que cuadruplican su capacidad de almacenar una carga eléctrica y de cinco a diez veces su densidad de energía en relación a las versiones anteriores sin boro.
El nuevo dispositivo resultó ser extremadamente estable en más de 12,000 ciclos de descarga, reteniendo un 90 por ciento de su capacitancia. En pruebas de flexión y estrés, obtuvieron 8,000 ciclos sin pérdida de rendimiento, reportaron los investigadores.
La técnica se presta para ser utilizada a escala industrial en producción de microsupercapacitores. “Lo que hemos hecho demuestra que se pueden realizar grandes modulaciones y mejoras al incorporar otros elementos dentro de una capa de polímero antes de ser expuesto a un láser”.
La investigación fue publicada en detalle en la revista ACS Nano en http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b00436
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