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Las baterías están en el corazón de nuestras tecnologías diarias más importantes. Su teléfono, su computadora portátil y, finalmente, su automóvil y su hogar, todos dependen del almacenamiento de energía en baterías. La tecnología de baterías actual es excelente, pero las baterías de grafeno podrían resolver sus deficiencias.
¿Qué es exactamente el grafeno?
Es muy probable que hayas oído hablar del grafeno en los medios antes. Cada pocos años hay predicciones sin aliento de cómo este maravilloso material transformará varias tecnologías. Lo que quizás no sepas es que el grafeno es solo carbono. La misma materia en la que se basa la vida en la tierra y un elemento increíblemente abundante en la tierra.
El grafeno es una red cristalina de grafito de un átomo de espesor, que es esencialmente carbono cristalino. Esto suena como algo increíblemente elegante, pero puedes hacer hojuelas de grafeno con un lápiz y cinta adhesiva. Sin embargo, el premio Nobel por hacerlo ya ha sido otorgado.
El grafeno tiene varias propiedades que lo hacen muy emocionante como parte potencial de la tecnología futura. Tiene alta conductividad térmica y eléctrica. Entonces, si desea mover electricidad o calor con alta eficiencia, es una opción prometedora.
El grafeno también exhibe un alto nivel de dureza y resistencia. Es muy flexible y elástico. También es transparente y se puede utilizar para generar electricidad a partir de la luz solar.
El grafeno es difícil de producir en masa
Todo esto suena maravilloso, pero hay un gran obstáculo. Aunque es trivial crear copos de grafeno o láminas pequeñas para la investigación en un laboratorio, la producción en masa está resultando difícil. Si no fuera por los desafíos de producir en masa este nanomaterial de manera confiable, habría estado en productos hace mucho tiempo.
La buena noticia es que existen varias vías prometedoras para la producción en masa que podrían hacer que el grafeno sea lo suficientemente barato como para llegar al mercado masivo. La fibra con infusión de grafeno ahora se puede fabricar en cantidades razonables. El grafeno también se puede producir usando solventes, aunque estos son altamente tóxicos. Los investigadores han estado buscando solventes más seguros y eso también parece prometedor.
Actualmente, el grafeno se fabrica a menudo mediante deposición química de vapor. Aquí el grafeno se forma como una capa sobre un material de sustrato. El problema con esto es que la tasa de defectos en el grafeno es alta. Una nueva investigación que utiliza líquido (con su superficie perfectamente plana) como sustrato podría resolver el problema de la tasa de defectos. Entonces, suponiendo que finalmente rompamos la producción en masa de grafeno, ¿por qué lo queremos en baterías?
Las baterías de iones de litio tienen problemas que el grafeno no tendrá
Las baterías de litio son las baterías con mayor densidad de energía que puede encontrar en la electrónica de consumo. Hacen posibles dispositivos como teléfonos inteligentes, drones y autos eléctricos. Sin embargo, el litio. las baterías son volátiles y necesitan un amplio circuito de seguridad para mantenerlas estables.
También se degradan con cada recarga , hay un límite en la cantidad de energía que pueden entregar a la vez y deben cargarse lentamente para que la batería no se sobrecaliente y explote .
Las baterías mejoradas con grafeno pueden solucionar o mitigar muchos de estos problemas. Agregar grafeno a las baterías de litio actuales puede aumentar drásticamente su capacidad, ayudarlas a cargarse de manera rápida y segura y hacer que duren mucho más antes de que necesiten reemplazo.
Las baterías de estado sólido no tienen electrolito líquido. Esa es la sustancia que se encuentra entre los dos terminales de una batería y almacena la energía química que se convierte en corriente eléctrica. La creación de grandes baterías prácticas de estado sólido para uso comercial sigue siendo un objetivo de investigación en curso, pero el grafeno podría ser el candidato adecuado para hacer que las baterías de estado sólido sean una realidad para el mercado masivo.
En una batería de estado sólido de grafeno, se mezcla con cerámica o plástico para agregar conductividad a lo que suele ser un material no conductor. Por ejemplo, los científicos han creado un prototipo de batería de estado sólido de grafeno y cerámica que podría ser el modelo para alternativas seguras y de carga rápida a las baterías de iones de litio con electrolitos líquidos volátiles.
Baterías de grafeno que puedes comprar (más o menos)
Las baterías de grafeno suenan increíbles, como algo de ciencia ficción. La buena noticia es que no tienes que esperar para experimentar los beneficios del grafeno. Aunque todavía faltan años para las baterías de grafeno de estado sólido, las baterías de litio mejoradas con grafeno ya están en el mercado.
Por ejemplo, puedes comprar una de las baterías Apollo de Elecjet , que tienen componentes de grafeno que ayudan a potenciar la batería de litio en su interior. El principal beneficio aquí es la velocidad de carga, con Elecjet reclamando una carga de vacío a lleno de 25 minutos. Estas baterías solo están ligeramente mejoradas con un poco de grafeno, pero su costo no es tan alto como para ponerlas fuera del alcance de los consumidores habituales.
En los próximos años, a medida que disminuya el costo de la producción de grafeno, esperamos ver más dispositivos que mejoren sus baterías de litio con este maravilloso material. Un día cercano, quizás las baterías de grafeno de estado sólido se conviertan en la próxima gran revolución en el almacenamiento de energía .
