La producción de carbono sintético a medida promete mejoras sustanciales en la potencia y eficiencia de las próximas generaciones de baterías y supercondensadores
El carbono sintetizado en laboratorio comparte la misma estructura del carbón activo convencional con la ventaja añadida de poder catalizar ciertas reacciones químicas y almacenar cargas eléctricas. Además, la posibilidad de manipular su composición química y el tamaño de los poros a nanoescala para adaptarlos a usos específicos, ha permitido que un grupo de investigadores de Stanford desarrollen un tipo específico de carbono sintético para lograr mejorar la potencia y la eficiencia de las futuras generaciones de paneles solares y dispositivos de almacenamiento de energía.
Según explica el director del estudio en el último número de la revista especializada ACS Central Science, el profesor de ingeniería química Zhenan Bao, los elevados costes de producción y la falta de control de los métodos convencionales son hándicaps importantes que dificultan la producción de carbono sintético a gran escala con una composición química y morfología determinada. Sin embargo, con el trabajo de Bao y su equipo de Stanford se permitiría un mayor control de las propiedades del carbono sintetizado con gran variedad de aplicaciones en el campo de la tecnología.
Básicamente, el carbono sintético se obtiene a partir de la cocción a altas temperaturas de la materia prima empleada para su posterior tratamiento químico, obteniendo como resultado una estructura porosa tridimensional con una superficie específica muy elevada. Los primeros ensayos del equipo de Bao se realizaron con un polímero complejo cuya transformación genera una estructura interconectada de gran superficie específica, cuyas propiedades se pueden ajustar a partir de la temperatura de cocción.
Con temperaturas de cocción entre 300ºC y 900ºC se pueden obtener láminas de carbono de hasta un nanómetro de espesor, con más de 4.000 metros cuadrados de superficie específica por gramo. Pero, quizá lo más interesante del carbono diseñado por el equipo de Stanford sea que el coste de las materias primas empleadas en los experimentos apenas alcanzan los 10 dólares por cada kilogramo de carbono producido. Un aspecto nada desdeñable teniendo en cuenta que el aspecto económico juega un papel fundamental en la viabilidad de los nuevos métodos de producción de materiales de carbono.
Entre las posibles aplicaciones tecnológicas del nuevo carbono sintético está la fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía de litio-azufre mucho más potentes y eficientes, ya que la compleja estructura nanométrica del nuevo carbono solventaría los fallos por filtrado del polisulfuro de litio de las baterías actuales.
Por otro lado, la versatilidad morfológica del carbono de Stanford también revolucionaría la tecnología de los nanotubos de carbono con interesantes aplicaciones en el sector de los supercondensadores, cuya capacidad de almacenamiento de energía podría mejorar al de las baterías actuales. Además, también permitirían triplicar la conductividad eléctrica del carbón activado convencional empleado en los electrodos de los supercondensadores actuales, gracias a las excelentes propiedades eléctricas proporcionadas por este nuevo material.
Sus creadores incluso barajan que las propiedades morfológicas de este nuevo carbono sintético de estructura nanométrica podría mejorar la viabilidad técnica y económica de la tecnología de captura de carbono, estancada durante años por los elevados costes manufacturación.
Imágenes | vía Stanford University
