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Baterías

Un equipo de investigadores asegura haber desarrollado una nueva tecnología que puede permitir cargar completamente un ordenador portátil o un teléfono en un minuto, o un coche eléctrico en solo 10 minutos. Los científicos dicen haber descubierto el "eslabón perdido" que hace más eficientes a los supercondensadores, sistemas de almacenamiento de energía que pueden soportar frecuentes ciclos de carga y descarga a alta corriente de manera muy rápida.

Históricamente, los supercondensadores han tenido menos capacidad de almacenamiento energético que las baterías de litio. En promedio, las baterías de iones de litio pueden almacenar diez veces más energía, lo que las ha convertido en la opción más común para alimentar dispositivos desde pequeños aparatos hasta grandes vehículos eléctricos. Sin embargo, los supercondensadores se cargan diez veces más rápido que las baterías de litio.

El descubrimiento de los científicos de la Universidad de California, en Boulder (EEUU), desafía un paradigma sobre el movimiento de los electrones vigente desde 1845. Se trata de la ley de Kirchhoff, un principio que ha limitado la posibilidad de convertir a los supercondensadores en un sistema de almacenamiento energético con utilidad comercial. Los investigadores presentaron este avance en la revista *Proceedings of the National Academy of Sciences*.

“Hemos encontrado el eslabón perdido”, explica Ankur Gupta, ingeniero químico de la Universidad de Colorado en Boulder y líder de la investigación.

Nuevos Supercondensadores

Las baterías de iones de litio almacenan energía de forma química a través del movimiento de iones de litio entre el ánodo y el cátodo. En cambio, los supercondensadores almacenan energía físicamente en un campo eléctrico, acumulando electrones en una placa recubierta de material poroso, como el carbón activado. Este proceso crea un desequilibrio de carga que se traduce en energía almacenada. Cuando el supercondensador se descarga, los electrones fluyen de vuelta, igualando la carga.

Gupta y su equipo decidieron emplear sus conocimientos de ingeniería mecánica para analizar las limitaciones de los supercondensadores, preguntándose si el movimiento de los iones en estos dispositivos era similar al de otros fluidos en entornos porosos. Usaron sistemas de modelado por ordenador para mejorar los sistemas de ingeniería que se usan para crear los supercondensadores y aumentar su capacidad de almacenamiento.

Modificando la Ley de Kirchhoff

La ley de Kirchhoff rige el flujo de corriente en los circuitos eléctricos, pero los iones se mueven debido tanto a los campos eléctricos como a la difusión. Hasta ahora, los movimientos de los iones solo se habían estudiado a través de un poro recto, pero el equipo de Gupta ha ido más allá.

Sus análisis determinaron que los movimientos de los iones en las intersecciones de los poros son distintos de los descritos por la ley de Kirchhoff. Además, los investigadores demostraron que el movimiento de los iones en una red compleja de miles de poros interconectados puede simularse y predecirse en pocos minutos. "Nuestro modelo de red proporciona resultados hasta seis órdenes de magnitud más rápidos", explican Gupta y sus coautores, "permitiendo la simulación eficiente de una red triangular de cinco mil poros en 6 minutos".

Impacto del Descubrimiento

Este descubrimiento es importante no solo porque abre la puerta al almacenamiento rápido y eficiente de energía en vehículos y dispositivos electrónicos, sino también para las redes eléctricas, donde hay fluctuaciones en la demanda de energía. El nuevo sistema puede evitar el despilfarro durante los periodos de baja demanda y garantizar un suministro rápido durante los de alta demanda.

“El principal atractivo de los supercondensadores reside en su velocidad”, explica Gupta. “Entonces, ¿cómo podemos hacer que su carga y liberación de energía sean más rápidas? Mediante un movimiento más eficiente de los iones”.

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