De aislante a conductor: el plástico que está reescribiendo las reglas del almacenamiento de energía

Los plásticos han transformado el mundo moderno, desde su uso como aislantes en componentes electrónicos hasta aplicaciones innovadoras que han redefinido la tecnología. Sin embargo, un descubrimiento accidental en la década de 1970 cambió la perspectiva sobre estos materiales: algunos plásticos, además de ser aislantes, pueden conducir electricidad. Este hallazgo abrió nuevas puertas en el diseño de dispositivos electrónicos y en el almacenamiento de energía.

Entre los plásticos electroconductores más utilizados destaca el PEDOT, abreviatura de poli(3,4-etilendioxitiofeno). Este material flexible y transparente ha encontrado aplicaciones en pantallas táctiles, celdas solares orgánicas y ventanas inteligentes que pueden oscurecerse o aclararse con un simple botón. A pesar de su versatilidad, las capacidades de almacenamiento energético del PEDOT han sido limitadas debido a su baja conductividad eléctrica y una superficie insuficiente para almacenar grandes cantidades de energía.

Un equipo de químicos de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), ha desarrollado un método innovador para superar estas limitaciones. La técnica permite controlar la morfología del PEDOT para formar nanofibras verticales con una conductividad y área superficial excepcionalmente altas, esenciales para aplicaciones de almacenamiento energético.

Carga y descarga rápida

El proceso comienza con el crecimiento de nanofibras de PEDOT utilizando un método de fase vapor. Los investigadores colocaron una gota de líquido que contenía óxido de grafeno y cloruro férrico sobre una lámina de grafito. Luego, expusieron esta muestra a vapores de los precursores químicos necesarios para formar el polímero. En lugar de desarrollar una película plana y delgada, el PEDOT creció en una estructura densa y similar a un “césped”, aumentando significativamente el área superficial del material.

“El crecimiento vertical del material nos permite crear electrodos de PEDOT que almacenan mucha más energía que las películas tradicionales de PEDOT”, explicó Maher El-Kady, científico de materiales de UCLA y autor principal del estudio. Este avance representa un salto cualitativo en la capacidad de almacenamiento de los supercapacitores.

A diferencia de las baterías, que almacenan energía a través de reacciones químicas lentas, los supercapacitores la acumulan en su superficie mediante carga eléctrica. Esto les permite cargar y descargar rápidamente, una ventaja crucial para aplicaciones que requieren ráfagas de potencia, como los sistemas de frenado regenerativo en vehículos eléctricos y flashes de cámaras. Sin embargo, uno de los mayores desafíos en el desarrollo de supercapacitores ha sido encontrar materiales con suficiente superficie para almacenar grandes cantidades de energía.

Diez veces más de almacenaje

Gracias al diseño de nanofibras de PEDOT desarrollado por los químicos de UCLA, se logró superar este obstáculo. Los supercapacitores fabricados con estas estructuras demostraron una capacidad de almacenamiento de carga impresionante, alcanzando más de 4600 miliFaradios por centímetro cuadrado, casi diez veces más que los PEDOT convencionales. Además, los dispositivos mostraron una durabilidad excepcional, soportando más de 70.000 ciclos de carga sin degradarse significativamente.

Estos avances no solo mejoran la eficiencia y velocidad de los supercapacitores, sino que también prolongan su vida útil, características esenciales para el desarrollo de sistemas de almacenamiento energético más sostenibles. Esto podría tener un impacto directo en la reducción de la dependencia de combustibles fósiles al facilitar una transición hacia energías renovables.

“La excepcional performance y durabilidad de nuestros electrodos muestran un gran potencial para el uso de PEDOT con grafeno en supercapacitores que pueden satisfacer nuestras necesidades energéticas”, afirmó Richard Kaner, profesor de química y ciencia de materiales en UCLA.

Con una conductividad 100 veces mayor que los productos comerciales y una superficie electroquímicamente activa cuatro veces superior, las nanofibras de PEDOT representan un avance revolucionario. Este desarrollo no solo promete transformar el diseño de supercapacitores, sino también contribuir al avance de tecnologías clave en el sector de energías renovables, como celdas solares y dispositivos de almacenamiento de energía a gran escala.