mayo 16, 2022

Convirtiendo ladrillos en supercondensadores

Ladrillos supercondensadores: Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis fabricaron un dispositivo de almacenamiento de energía rápido con ladrillos de construcción comunes.

Photo: D’Arcy Laboratory/Washington University in St. Louis

A medida que los paneles solares y las turbinas eólicas se multiplican, el gran problema es cómo almacenar todo el exceso de electricidad que se produce cuando sale el sol o sopla el viento para poder utilizarlo en otras ocasiones. Se han sugerido posibles soluciones en muchas formas, incluidos enormes bancos de baterías, volantes de giro rápido y cámaras de aire subterráneas. 

Ahora, un equipo de investigadores dice que un material de construcción clásico, el ladrillo cocido rojo, podría ser un competidor en la búsqueda del almacenamiento de energía.

Ladrillos supercondensadores: Gran interes por almacenamiento de energía

El ladrillo común es poroso como una esponja y su color rojo proviene de una pigmentación  rica en óxido de hierro. Ambas características proporcionan las condiciones ideales para cultivar y alojar polímeros conductores, según han descubierto Julio D’Arcy y sus colegas. El equipo de la Universidad de Washington en St. Louis transformó bloques básicos en supercondensadores que pueden iluminar un diodo emisor de luz. 

Los supercondensadores son de  interés porque, a diferencia de las baterías, pueden ofrecer ráfagas de energía increíblemente rápidas y se recargan rápidamente. La desventaja es que, kilogramo por kilogramo, almacenan relativamente poca energía en comparación con las baterías. En un vehículo eléctrico, un supercondensador admite la aceleración, pero el módulo de iones de litio es lo que proporciona energía a cientos de millas. 

Sin embargo, muchos científicos y desarrolladores de tecnología esperan que los supercondensadores puedan reemplazar las baterías convencionales en muchas aplicaciones, debido al alto costo ambiental de la minería y la eliminación de metales. 

El proyecto de prueba de concepto de ladrillos de construcción presenta nuevas posibilidades para las muchas paredes y estructuras de ladrillos del mundo, dijo D’Arcy, profesor asistente de química en la Universidad de Washington. Los paneles solares en la azotea conectados por cables podrían cargar los ladrillos, lo que a su vez podría proporcionar energía de respaldo interna para iluminación de emergencia u otras aplicaciones

“Si tenemos éxito [en la ampliación], ya no necesitaría baterías en su casa”, dijo por teléfono. «El ladrillo en sí sería la batería».

El nuevo dispositivo, está muy lejos de los proyectos de almacenamiento a escala de megavatios que se están llevando a cabo en lugares como el desierto de California y el campo de China. Pero D’Arcy dijo que el periódico muestra, por primera vez, que los ladrillos pueden almacenar energía eléctrica. Ofrece “alimento para el pensamiento” en un sector que busca ideas, anotó. 

El ladrillo común, ideal para alojar polimeros conductores

Los investigadores comenzaron comprando brazadas de ladrillos rojos de 65 centavos en una ferretería de gran tamaño. En el laboratorio, estudiaron la microestructura del material y llenaron los muchos poros de los ladrillos con vapores. A continuación, los ladrillos entraron en un horno calentado a 160 ° Celsius. El óxido de hierro desencadenó una reacción química, cubriendo las cavidades de los ladrillos con capas delgadas de PEDOT, el polímero conocido como poli (3,4-etilendioxitiofeno). 

Los ladrillos emergieron del horno con un tono azul negruzco y la capacidad de conducir electricidad.

El equipo de D’Arcy luego unió cables de cobre a dos ladrillos revestidos. Para evitar que los bloques se cortocircuiten mientras están apilados, los  investigadores separaron los bloques con una delgada lámina de plástico de polipropileno. Se usó una solución a base de ácido sulfúrico como electrolito líquido, y los ladrillos se conectaron a través de los cables de cobre a una batería AAA durante aproximadamente un minuto. Una vez cargados, los ladrillos podrían encender un LED blanco durante 11 minutos.  

Si se aplica a 50 ladrillos, el supercondensador podría alimentar 3 vatios de luces durante unos 50 minutos, dijo D’Arcy. La configuración actual se puede recargar 10,000 veces y aún conservar alrededor del 90 por ciento de su capacitancia original. Los investigadores están desarrollando aún más la química del polímero en un esfuerzo por alcanzar las 100.000 recargas. 

Sin embargo, los investigadores de St. Louis no están solos en la búsqueda de usar materiales cotidianos (aunque inusuales) para fabricar supercondensadores.

¿Cargador de baterias con sudor humano?

En Escocia, un equipo de la Universidad de Glasgow ha desarrollado un dispositivo flexible que puede cargarse completamente con el sudor humano. Los investigadores aplicaron una fina capa de PEDOT a un paño de poliéster celulosa que absorbe la transpiración del usuario, creando una reacción electroquímica y generando electricidad. 

La idea es que estos paños recubiertos podrían alimentar dispositivos electrónicos portátiles, usando una pequeña cantidad de sudor para seguir funcionando.

El Instituto Indio de Tecnología de Hyderabad está explorando el uso de hojas de maíz en supercondensadores de alto voltaje. Los estados productores de maíz de la India generan cantidades sustanciales de desechos de cáscara, que según los investigadores se pueden convertir en electrodos de carbón activado. 

La biomasa ofrece una alternativa potencialmente más barata y sencilla a los electrodos derivados de polímeros y materiales similares, según un estudio reciente en Journal of Power Sources.

Sin embargo, para realmente incursionar en el dominio de las baterías, donde una reacción química impulsa la creación de un voltaje, los  supercondensadores necesitarán aumentar significativamente su densidad de energía. D’Arcy dijo que sus ladrillos cargados eléctricamente están «a dos órdenes de magnitud» de las baterías de iones de litio, en términos de la cantidad de energía que pueden almacenar. 

«Eso es otra cosa que estamos tratando de hacer: hacer que nuestro polímero almacene más energía», dijo. «Muchos grupos están tratando de hacer esto», agregó, «pero no lo hicieron en ladrillos».

Fuente

https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/batteries-storage/turning-red-bricks-into-energy-storage-devices

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