¿Viene el grafeno a jubilar a las baterías convencionales?

Los estudios sobre nuevas alternativas energéticas es un campo de la ciencia que suele avanzar de forma lenta, pero con pasos seguros -despacito y con buena letra que se suele decir-. Eso sí, de vez en cuando se logran hallazgos que resultan ser una autentica revolución, al menos en apariencia, y la última revolución tiene mucho que ver con un material tan de moda como es el grafeno.

Representación artística del grafeno (Fuente: wikipedia)

El grafeno es una sustancia formada de carbono puro, con átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Dicho material se conoce y se ha descrito desde hace más de medio siglo, pero ha sido en los últimos años cuando ha cobrado una gran importancia. De hecho, en 2010 Andréy Gueim y  Konstantín Novosiólov  recibieron el premio Nobel en física gracias a sus estudios y avances con el grafeno, y en su obtención de forma pura y bidimensional. Sin embargo, el método de obtención llevado a cabo consistía en raspar grafito y pegarlo en una cinta adhesiva, y no resultaba práctico.

Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov (Fuente: cmc1agaat.blogspot.com.es)

Recientemente, investigadores de la UCLA (Los Ángeles, California) estaban realizando estudios acerca de la obtención de grafeno puro de forma sencilla y sin grandes costes, que permitiera su producción y comercialización en masa.

El método que llevaron a cabo y que dio buenos resultados fue partiendo de óxido de grafito, el cual es un material líquido, después se dispone en láminas de plástico, se calienta con la luz de un láser, por último se oxigena y se transforma en grafeno. Los investigadores aseguran que la gente podría incluso sintetizar este material en condiciones caseras. "El proceso es sencillo, rentable y se puede hacer en casa". "Uno solo necesita una grabadora de DVD (como láser) y óxido de grafito disperso en agua, que está comercialmente disponible a un coste moderado".

En la imagen se observa parte del proceso de obtención del grafeno en la UCLA (Fuente: hackaday)

Lo que no se imaginaban ninguno de ellos era lo que iban a lograr gracias al grafeno, según explica Richard Kaner, profesor de Ciencias de los Materiales e Ingeniería en la Escuela Henry Samueli de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UCLA: “El verdadero descubrimiento emocionante vino cuando mi compañero me llevó al laboratorio, tomó una pequeña ampolleta y la encendió con un pequeño pedazo de grafeno, pero lo increíble es que no deja de funcionar, después de una carga de dos segundos mantuvo la luz encendida 5 minutos. Pensé que teníamos algo muy importante, pensé que el mundo cambiaría en ese punto.”

Richard Kaner (Fuente: ausnano)

Una batería convencional se carga y descarga de forma lenta, en el otro extremo, tenemos lo que se conoce como un capacitador o condensador, que lo hace a altísimas velocidades, almacenando muy poca energía, como un flash. Lo que estos investigadores están logrando es unir lo mejor de cada uno, supercondensadores que se cargan en pocos instantes y que se descargan de forma similar a una batería convencional, y todo esto gracias al grafeno. Además, se reduce en gran medida tanto el peso como el tamaño con respecto a las baterías convencionales.

Estamos rodeados de aparatos que requieren de baterías, pero probablemente a todos se nos ha ido el pensamiento hacia el mismo punto: los smartphones, y es que con el uso continuo que les damos la batería nos dura un suspiro. Seguro que en varías ocasiones todos nos hemos arrepentido de no haber puesto antes a cargar el móvil para salir a la calle con la batería al 100%. Este problema queda totalmente anulado con los supercondensadores al tardar apenas unos instantes en lograr una carga completa.

Esto si que da miedo, a media mañana y ya con la batería al 15% ¿Dónde hay un enchufe? (Fuente: hormigaanalitica)

Pero más allá de baterías de smartphones cargadas en apenas 30 segundos, lo cierto es que existe otro uso que resulta de enorme utilidad y aplicabilidad más allá de hacernos la vida más cómoda, y supone una solución energética sin precedentes. Nos referimos a su uso en coches en sustitución de los combustibles fósiles, que nos trae de cabeza tanto en temas de contaminación, como del hecho de que se estén agotando sus fuentes de obtención. Hoy en día los coches eléctricos no tienen una elevada autonomía, su tiempo de carga es más bien alto, además de requerir de estaciones especializadas para ello, las cuales escasean por el momento. Si a ello le sumamos el elevado precio que suelen tener estos vehículos, termina por resultar poco atractivo para el usuario medio. Aquí entran en juego los supercapacitadores de grafeno, que permitirían un carga completa en apenas un minuto. Además, pueden capturar una pequeña parte de la energía que usualmente se pierde en forma de calor cuando se pisan los frenos sin apenas degradación de los materiales, al contrario de una batería convencional (similar al funcionamiento de los sistemas ERS en la Fórmula 1)

El Tesla Model S, un ejemplo a seguir en cuanto a coches eléctricos se refiere, ¿su problema? el precio de (agarraos) 100.000€ (Fuente: autobild)

Esta tecnología se está aplicando ya en algunos casos, como los autobuses de la empresa MAN de París, aunque solo a modo de híbrido. Estos autobuses utilizan la tecnología de los supercondensadores para arrancar y un motor convencional de gasoil mientras está en marcha, lo cual supone un ahorro de hasta el 25% de combustible. Sin emabrgo no es suficiente, y el objetivo final es que el 100% de los vehículos funcionen únicamente gracias a las baterías eléctricas de los supercondensadores.

Un ejemplo de supercondensador de grafeno (Fuente: recargacocheselectricos)

Por último, ¿Qué ocurre con estos supercondensadores cuando ya no podemos darles más uso? Las baterías están compuestas de metales, muchas veces tóxicos; de hecho una vez finalizada su vida útil, una batería nunca se debe tirar junto a la basura común, sino que hay que entegarla en un punto de recogida especializado. En cambio si tienes algo basado en carbono, puedes ponerlo en la tierra y mezclarlo con tu compus y usarlo para plantar vegetales, con un nivel de contaminación de materiales nulo.

Este no es si no otro ejemplo de que en muchas ocasiones, las grandes ideas o inventos revolucionarios a lo largo de la historia han sido fruto de una mera casualidad o incluso un accidente en principio no deseado. A todos nos han enseñado en el colegio el caso de la penicilina, que fue descubierta por Alexander Fleming a partir de una placa de cultivo mal cerrada que resultó contaminada, y al igual que este caso podríamos continuar con una larga lista de sucesos similares.

Podéis acceder a la web de Richard Kaner y su grupo de investigación, para los más curiosos:

http://www.chemistry.ucla.edu/directory/kaner-richard-b

http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/kaner/

Recientemente llegó a nuestros oídos que la Universidad de Córdoba también lleva a cabo investigaciones con grafeno y baterías, y han hecho importantes avances al respecto. Aquí os dejamos la noticia de El Mundo

Marcos González Tejero

Manuel Hernández Coca

Referencias:

http://actualidad.rt.com/ciencias/view/87983-crean-bateria-revolucionaria-cargaria-telefonos-moviles-cinco-segundos
http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n9/full/nnano.2010.162.html

http://www.newscientist.com/article/dn16939-printed-supercapacitor-could-feed-powerhungry-gadgets.html#.VGXYb_mG-uI

http://www.linux-party.com/index.php/75-hardware/8439-video-manera-casera-de-hacer-grafeno-con-una-grabadora-de-dvd

http://hackaday.com/2012/12/21/making-graphene-with-a-dvd-burner/

(Última comprobación: 7/12/2014)