Los nanotubos de carbono retorcidos almacenan 3 veces más energía que las baterías de litio

Una colaboración de investigadores de Japón y Estados Unidos ha demostrado cómo los nanotubos de carbono retorcidos pueden almacenar hasta tres veces más energía que las baterías de iones de litio estándar. La investigación podría allanar el camino para implantes y sensores de nueva era que sean livianos, compactos y, lo más importante, seguros.

Los nanotubos de carbono son estructuras de tamaño nanométrico, normalmente hechas de una sola capa de átomos de carbono. También llamadas grafeno, estas láminas de carbono son extremadamente ligeras pero más resistentes que el propio acero. Las propiedades superiores del material han ayudado a los científicos a utilizarlo en varias aplicaciones futuristas.

Sanjeev Kumar Ujjain, investigador de la Universidad Shinshu de Japón, quería saber si los nanotubos de carbono también podrían utilizarse para almacenar energía. En 2022, se mudó de Japón a la Universidad de Maryland del condado de Baltimore (UMBC), donde continuó su investigación y descubrió que torcer nanotubos de carbono mejora su eficiencia de almacenamiento de energía.

Inspirado en resortes helicoidales mecánicos

Mucho antes de que las baterías desechables comenzaran a alimentar los juguetes de los niños, existía el icónico resorte helicoidal mecánico. Una simple proeza de ingeniería: el resorte podría enrollarse con una llave, almacenar energía mecánica en energía potencial y liberarla más tarde para facilitar el movimiento de las ruedas de un juguete.

Una versión reducida del resorte helicoidal mecánico también alimentaba los relojes de pulsera de cuerda antiguos, que a menudo mostraban el momento equivocado cuando la bobina se estaba quedando sin energía potencial.

Ujjain estaba ansioso por probar si el sistema funcionaría en escalas aún más pequeñas, y los nanotubos de carbono a nanoescala fueron el material elegido para probar su trabajo. Su equipo en el Centro de Tecnología de Sensores Avanzado (CAST) reunió nanotubos de carbono disponibles comercialmente en cuerdas y luego las tiró y retorció en una sola hebra, que fue recubierta con diferentes sustancias para mejorar su resistencia y flexibilidad.

Medición del desempeño

Para determinar cuánta energía se liberaría si estas cuerdas se torcieran y luego se desenrollaran, el equipo realizó varios experimentos y comparó la producción de energía en varios materiales.

Los investigadores descubrieron que sus nanotubos de carbono retorcidos podían contener 15.000 veces más energía por unidad de masa que los resortes de acero. Si bien esto es encomiable, los investigadores sabían que su mayor competidor eran las baterías de iones de litio, el dispositivo con mayor densidad de energía construido por la humanidad.

Hay que reconocer que los investigadores demostraron con éxito una densidad de almacenamiento de energía tres veces mayor que la de la batería de iones de litio estándar. A diferencia del rendimiento variable que proporcionan las baterías de iones de litio bajo diferentes temperaturas de funcionamiento, los nanotubos de carbono retorcidos han demostrado consistencia en el almacenamiento de energía en un amplio rango de temperaturas desde -76 Fahrenheit (-60 grados Celsius) hasta 212 °F (100 °C).

Como la tecnología adopta un enfoque más mecánico que electroquímico, también es mucho más segura para dispositivos como los implantes. Ingenieria interesante informó anteriormente que los científicos están buscando formas alternativas de alimentar implantes además de las baterías.

Ujjain y su equipo todavía están muy lejos de implementar su tecnología en un implante en el corto plazo. El equipo está trabajando en un prototipo de sensor para probar nanotubos de carbono retorcidos como fuente de energía.

«Esta investigación muestra que los nanotubos de carbono retorcidos tienen un gran potencial para el almacenamiento de energía mecánica y estamos entusiasmados de compartir la noticia con el mundo», dijo Ujjain en un declaración.

Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista. Nanotecnología de la naturaleza.