Nanocondensadores con gran almacenamiento de energía

El poder del nanoporo: Aquí se muestran, mediante un microscopio electrónico de barrido, conjuntos de condensadores construidos dentro de nanoporos con una imagen superpuesta que muestra su diseño. Los poros están grabados en un substrato de aluminio (amarillo oscuro). Los condensadores forman dos capas delgadas de metal (azul) separadas por una capa de material aislante (amarillo claro). 
Fuente: Facultad de Ingeniería A. James Clark, Universidad de Maryland

Los conjuntos de nanoporos combinan alta potencia y capacidad de almacenamiento.

Por Katherine Bourzac

El dispositivo electrónico supremo de almacenamiento de energía almacenaría mucha energía, y también se cargaría con rapidez y abastecería ráfagas potentes cuando fuera necesario. Pero los dispositivos actuales sólo pueden hacer una cosa o la otra: los condensadores ofrecen alta potencia, mientras que las baterías ofrecen mucho almacenamiento.

Ahora, investigadores de la Universidad de Maryland (Estados Unidos) han desarrollado un tipo de condensador que reúne ambas cualidades. La investigación está en sus primeras etapas y tendrá que ampliarse al dispositivo para que sea práctico, pero los resultados iniciales muestran que puede almacenar 100 veces más energía que los dispositivos anteriores de este tipo. A la larga, dichos dispositivos podrían almacenar los aumentos repentinos de energía procedente de fuentes renovables, como el viento, e incorporar esa energía a la red eléctrica cuando fuera necesario. También podrían impulsar a los coches eléctricos (que se recargan) en el tiempo que se tarda para llenar un tanque de gas, en lugar de las seis a ocho horas que tarda actualmente la recarga.

Hay muchos tipos diferentes de baterías y de condensadores pero, en general, aunque las baterías pueden almacenar grandes cantidades de energía, tienden a cargarse lentamente y a agotarse rápidamente. Los condensadores, mientras tanto, tienen una vida útil más larga pero almacenan mucha menos energía total. Los electroquímicos y los ingenieros han estado trabajando para resolver este problema de almacenamiento al mejorar la energía de las baterías y aumentar la capacidad de almacenamiento de los condensadores.

Sang Bok Lee, profesor de química, y Gary Rubloff, profesor de ingeniería y director delNanoCentro de Maryland (Estados Unidos), crearon conjuntos nanoestructurados de condensadores electrostáticos. Los condensadores electrostáticos son el tipo más simple de dispositivo electrónico de almacenamiento de energía, según Rubloff. Almacenan carga eléctrica en la superficie de dos electrodos metálicos separados por un material aislante; su capacidad de almacenamiento es directamente proporcional al área de superficie de los electrodos de tipo sandwich. Los investigadores de Maryland mejoraron la capacidad de almacenamiento de sus condensadores al usar nanofabricación para aumentar su área de superficie total. Sus electrodos funcionan de la misma manera que los que se encuentran en los condensadores convencionales, pero en lugar de ser chatos, son tubulares y se alojan en el interior de los nanoporos.

El proceso de fabricación comienza con una placa de vidrio recubierta con aluminio. Los poros se graban en la placa mediante un tratamiento con ácido y la aplicación de una corriente. Es posible crear conjuntos muy regulares de poros diminutos pero profundos, cada uno tan pequeño como de 50 nanómetros de diámetro y hasta 30 micrómetros de profundidad, controlando cuidadosamente las condiciones de la reacción. El proceso es similar al que se utiliza para hacer los chips de memoria. "Luego depositas una capa muy delgada de metal, entonces una fina capa de aislante, y luego otra capa delgada de metal en estos poros", explica Rubloff. Estas tres capas actúan como los electrodos del nanocondensador y la capa aislante. Una capa de aluminio se pone sobre la parte superior del dispositivo y sirve de contacto eléctrico; el otro contacto se hace con la capa subyacente de aluminio.