Desarrollan un prototipo de supercondensador estructural que contribuye al desarrollo de los dispositivos de almacenamiento de energía, elementos clave en el avance hacia una movilidad sostenible
La emisión de gases de efecto invernadero es uno de los grandes causantes del cambio climático y los núcleos urbanos, cada vez más densamente poblados, requieren soluciones de movilidad que suplan el empleo de combustibles fósiles, con el fin de evitar riesgos cada vez más graves para los ecosistemas, la salud humana y la economía. Investigadores del Grupo de Investigación de Alto Rendimiento en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid (URJC) plantean en su proyecto de la Agencia Estatal de Investigación “Materiales Compuestos Multifuncionales con Capacidad de Almacenamiento de Energía y Monitorización de Salud Estructural para Vehículos Eléctricos” unos materiales compuestos –que combinan fibra de carbono y matriz polimérica conductora iónica- como una posible solución para su uso en los vehículos híbridos y eléctricos. El principal objetivo de su investigación consiste en el desarrollo un material compuesto que permita almacenar energía siendo clave la combinación de propiedades electroquímicas y mecánicas para que el material pueda ser empleado en la movilidad eléctrica sostenible. “Es un reto muy ambicioso ya que, por un lado, hay que aumentar la superficie específica de las fibras de carbono que actúan como electrodos para incrementar la capacidad del supercondensador sin degradar las propiedades mecánicas de la fibra y, por otro lado, la matriz polimérica debe ser conductora iónica y presentar un elevado módulo de elasticidad, que son dos propiedades en conflicto”, explica María Sánchez, coinvestigadora principal del proyecto mencionado y miembro del Grupo de Investigación de Alto Rendimiento en Ciencia e Ingeniería de Materiales.
Los primeros resultados, publicados recientemente en la revista científica Electrochimica Acta, son esperanzadores y apuntan a favorecer el momento de evolución y cambio que se está viviendo, para tratar de mantener el equilibrio entre facilitar el transporte de los usuarios y el respeto al medio ambiente. En este sentido, el equipo de la URJC presenta una de las soluciones más innovadoras y sostenibles para la evolución de la movilidad urbana e interurbana.
Arquitectura de un supercondensador estructural
El prototipo de supercondensador está formado por dos tejidos de fibra de carbono recubiertos con nanoplaquetas de grafeno, que actúan como electrodos, dos tejidos intercalados de fibra de vidrio, que actúan como separador, y todo ello está embebido en una matriz polimérica conductora iónica, que actúa como electrolito. “El supercondensador se ha fabricado por moldeo por infusión de resina asistida por vacío, que es un método de fabricación de materiales compuestos con tejido como refuerzo, en el que la resina se incorpora con ayuda del vacío durante la etapa de fabricación y consolidación del material compuesto”, detalla la investigadora.
Figura 1: Arquitectura de un supercondensador estructural
El desarrollo previo de los electrodos de fibra de carbono y del electrolito-matriz del material compuesto ha sido clave para conseguir un supercondensador estructural con unas propiedades prometedoras. Por un lado, el recubrimiento de la fibra de carbono con nanoplaquetas de grafeno ha contribuido a que los electrodos tengan una mayor superficie específica y, con ello, mayor capacidad de almacenamiento de energía. Y, por otro lado, el desarrollo de un electrolito sólido polimérico actuando como matriz ha logrado alcanzar un equilibrio entre las propiedades mecánicas y la conductividad iónica necesarias.
De este modo, el prototipo de supercondensador creado por el equipo de investigación de la URJC tiene una combinación de propiedades electroquímicas y mecánicas válidas para usarse como material compuesto multifuncional en la movilidad eléctrica.
Vídeo
https://www.youtube.com/watch?v=bqoV7n9Hx0s
Prueba de concepto del prototipo de supercondensador que ha sido capaz de iluminar un diodo LED de manera continuada durante una hora.
Foto
Prototipo de supercondensador multifuncional basado en un material compuesto de tejido de fibra de carbono recubierta con nanoplaquetas de grafeno con un electrolito sólido polimérico actuando como matriz
Referencia bibliográfica:
X. F. Sánchez-Romate, A. del Bosque, J. Artigas-Arnaudas, B. K. Muñoz, M. Sánchez A. Ureña (2021). A proof of concept of a structural supercapacitor made of graphene coated woven carbon fibers: EIS study and mechanical performance. Electrochimica Acta, 370, 137746. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.137746
