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- Supercondensadores estructurales que combinan resistencia con almacenamiento de energía.
- El objetivo es lograr la densidad energética de las baterías convencionales y optimizar la producción de energía.
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Imagine un teléfono inteligente rodeado por una funda que lo protege y actúa como dispositivo de almacenamiento de energía. O un vehículo eléctrico cuyas puertas y suelos sirven como almacenamiento de energía para la conducción. Estos conceptos futuristas pronto podrían cobrar vida gracias al trabajo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego.
El equipo ha creado un supercondensador estructural. Este dispositivo combina la doble función de proporcionar resistencia mecánica y almacenamiento de energía. Como resultado, los dispositivos electrónicos y los vehículos podrían beneficiarse de un rendimiento más prolongado sin peso adicional, lo que garantiza un uso más prolongado entre cargas. Los supercondensadores estructurales no son nuevos, pero equilibrar la resistencia mecánica y el almacenamiento de energía ha sido un desafío. Los supercondensadores tradicionales destacan en el almacenamiento de energía pero carecen de estabilidad estructural, mientras que los materiales sólidos tienden a deteriorarse en el almacenamiento de energía.
Aspectos de diseño de un nuevo supercondensador estructural.
Los investigadores construyeron un pequeño barco impulsado por energía solar utilizando el supercondensador estructural. Tiene la forma de convertirse en el casco de un barco con un pequeño motor y circuitos conectados a él. Luego, este circuito se conectó a una célula solar. Cuando la celda capta la luz solar, carga el supercondensador que alimenta el motor. En pruebas prácticas, el barco navegó con éxito en el agua y demostró la eficacia de este novedoso método de almacenamiento de energía.
El dispositivo combina componentes estándar de supercondensadores: electrodos separados por un electrolito para mover iones. Su característica destacada es la mezcla de materiales que aumenta la resistencia mecánica y el rendimiento electroquímico. Hechos de fibra de carbono tejida, los electrodos son duraderos y están recubiertos con una mezcla de polímero conductor y óxido de grafeno para mejorar el flujo de iones. El electrolito sólido mezcla resina epoxi para estructura y óxido de polietileno para promover la movilidad iónica a través de su estructura porosa.
Papel del óxido de polietileno
Un aspecto de diseño notable de este componente es la concentración variable de óxido de polietileno en todo el electrolito, lo que da como resultado gradientes de concentración. Las zonas cercanas a los electrodos tienen una presencia más densa de óxido de polietileno. Esta disposición especial acelera el flujo de iones en la interfaz del electrodo y el electrolito, optimizando así la actividad electroquímica. Una mayor concentración de óxido de polietileno da como resultado una mayor porosidad, lo que puede afectar la resistencia del material. Para encontrar el equilibrio adecuado, la zona central del electrolito está diseñada con una concentración reducida de óxido de polietileno. Esto garantiza que el material mantenga su integridad estructural al tiempo que permite un flujo de iones optimizado.
Los investigadores dicen que el diseño de gradiente aumenta el rendimiento del electrolito. Lo diseñaron para que los bordes tengan mejores propiedades eléctricas mientras que el centro sea más robusto mecánicamente. Este avance mejora el almacenamiento estructural de energía, pero todavía hay margen de progreso. Los supercondensadores ofrecen ráfagas rápidas de energía pero con una densidad de energía menor que las baterías tradicionales. Sus próximos esfuerzos se centrarán en mejorar la densidad de energía del supercondensador, con el objetivo de equipararlo con ciertos paquetes de baterías. Su objetivo final es optimizar la energía y la densidad de potencia simultáneamente.
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