Materiales omnipresentes como el cemento y el negro de carbón (semejante al carbón vegetal muy fino), pueden constituir la base de un novedoso sistema de almacenamiento de energía a gran escala y bajo costo, según han puesto de manifiesto ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU), que han creado un supercondensador fabricado con estos materiales.
Los investigadores del MIT, que han publicado su investigación en la revista PNAS, explican que esta tecnología puede combinarse con agua para fabricar un supercondensador (una alternativa a las baterías) y proporcionar almacenamiento de energía eléctrica en diferentes ámbitos. Por ejemplo, dicen que podría incorporarse a los cimientos de hormigón de una casa, donde podría almacenar la energía de un día entero, con un coste mínimo (o nulo) para los cimientos y la resistencia estructural necesaria. Otra posibilidad sería usarla en una calzada de hormigón para recargar sin necesidad de enchufes los coches eléctricos que circulen por ella.
La clave de los nuevos supercondensadores desarrollados por este equipo radica en un método para producir un material a base de cemento con una superficie interna extremadamente alta gracias a una densa red interconectada de material conductor dentro de su volumen.
Los investigadores lo consiguieron introduciendo carbono negro –que es altamente conductor– en una mezcla de hormigón junto con cemento en polvo y agua, y dejándola reposar. Al reaccionar con el cemento, el agua forma de manera natural una red ramificada de aberturas dentro de la estructura, y el carbono migra a estos espacios para formar estructuras similares a cables dentro del cemento endurecido.
Estas estructuras tienen una forma fractal, con ramas de las que brotan otras más pequeñas, y de éstas ramificaciones aún más pequeñas, y así sucesivamente, hasta acabar con una superficie extremadamente grande dentro de los confines de un volumen relativamente pequeño.
A continuación, el material se sumerge en un material electrolítico estándar, como el cloruro potásico, una sal, que proporciona las partículas cargadas que se acumulan en las estructuras de carbono. Dos electrodos de este material, separados por un fino espacio o una capa aislante, forman un supercondensador muy potente, según comprobaron los investigadores.
Las dos placas del condensador funcionan como los dos polos de una batería recargable de voltaje equivalente: Cuando se conectan a una fuente de electricidad, como en el caso de una batería, la energía se almacena en las placas y, cuando se conectan a una carga, la corriente eléctrica vuelve a salir para suministrar energía.
Materiales milenarios
«El material es fascinante —aseguran los investigadores—. Tenemos el material más utilizado por el hombre en el mundo, el cemento, combinado con negro de humo, que es un material histórico bien conocido: los Rollos del Mar Muerto se escribieron con él”. Estos materiales, “combinados de una forma específica, dan lugar a nanocompuestos conductores, y ahí es donde las cosas se ponen realmente interesantes”, añaden.
A medida que la mezcla fragua, «el agua se consume sistemáticamente mediante reacciones de hidratación del cemento, y esta hidratación afecta fundamentalmente a las nanopartículas de carbono porque son hidrófobas (repelen el agua)”. El proceso prosigue con la mezcla evolucionando y “el negro de humo autoensamblando hasta formar un hilo conductor conectado”.
Todo este proceso es fácilmente reproducible, con materiales baratos y fáciles de conseguir en cualquier parte del mundo. Además, la cantidad de carbono necesaria es muy pequeña (tan sólo un 3% en volumen de la mezcla), según indican. El equipo ha calculado que un bloque de hormigón dopado con nanocarbono de 45 metros cúbicos de tamaño –equivalente a un cubo de unos 3,5 metros de diámetro– tendría capacidad suficiente para almacenar unos 10 kilovatios-hora de energía, lo que se considera el consumo medio diario de electricidad de un hogar.
Como el hormigón conservaría su resistencia, una casa con cimientos de este material podría almacenar la energía de un día producida por paneles solares o minieólica y utilizarla cuando fuera necesaria. Además, los supercondensadores pueden cargarse y descargarse mucho más rápidamente que las pilas.
De momento, los ingenieros del MIT han fabricando pequeños supercondensadores, del tamaño de algunas pilas de botón, de 1 centímetro de diámetro y 1 milímetro de grosor, que podían cargarse cada uno a 1 voltio. Una vez demostrado el principio, planean construir una serie de versiones mayores, empezando por unas del tamaño de una batería de coche de 12 voltios, hasta llegar a una versión de 45 metros cúbicos para demostrar su capacidad de almacenar la energía de una casa.
Fuente: https://www.energias-renovables.com/almacenamiento/desarrollan-un-nuevo-dispositivo-de-cemento-negro-20230804
