Elige el día para leer el boletín de la AgenciaAgência FAPESP* – Entre los dispositivos utilizados para almacenar energía, los supercapacitores se destacan por su potencia (lo rápido que pueden cargar y entregar energía) y vida útil (la cantidad de ciclos de carga y descarga que pueden proporcionar).Sin embargo, tienen una densidad de energía limitada, que es la cantidad de energía que un dispositivo es capaz de almacenar en un volumen o peso determinado.En este sentido, las baterías son mejores, pero pierden en cuanto a potencia.De esta forma, las baterías y los supercondensadores pueden complementarse en una aplicación.Dos trabajos recientes realizados por investigadores vinculados al Centro de Innovación en Nuevas Energías (CINE) avanzan en la comprensión de tecnologías emergentes que pueden habilitar supercondensadores con mayor densidad energética y menor impacto ambiental.En ambas investigaciones, los autores estudiaron supercapacitores con electrolitos no convencionales, los de líquidos iónicos y los de agua en sal.El electrolito es el componente del supercapacitor, generalmente líquido, que está confinado entre los electrodos.Cuando se aplica tensión eléctrica al dispositivo (es decir, cuando se enchufa el supercondensador a la toma de corriente), los electrodos se polarizan, adquiriendo carga positiva y negativa, respectivamente.En ese momento, una capa de iones de carga opuesta comienza a adherirse a la superficie de cada electrodo y, en la interacción entre los iones del electrolito y la superficie del electrodo, se almacena la energía deseada.Aplicar voltajes más altos le permite almacenar más energía en los supercapacitores, siempre que sus componentes no se degraden en esta situación.Por tanto, electrolitos más estables, como los investigados en el trabajo de CINE, ayudan a aumentar la densidad energética de los dispositivos.En el primer estudio, publicado en la revista científica Electrochimica Acta, investigadores de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) vinculados al Programa de Ciencia Computacional de Materiales y Química del CINE estudiaron el desempeño de supercapacitores con electrolitos líquidos iónicos (sales que son líquidos a temperatura ambiente).La investigación se llevó a cabo durante la maestría de Pedro Henrique de Lima Ferreira y el doctorado de Abner Massari Sampaio, ambos bajo la dirección del profesor Leonardo Siqueira.En el trabajo, los autores utilizaron simulaciones de dinámica molecular para evaluar la densidad de potencia y energía de supercondensadores formados por electrolitos líquidos iónicos y electrodos porosos, que ofrecen una mayor capacidad para almacenar cargas gracias a su gran área superficial.Exploraron las posibilidades con dos líquidos iónicos diferentes, tanto puros como mezclados en diferentes proporciones, y con electrodos porosos y no porosos.“Demostramos que los supercapacitores que contenían líquidos iónicos y electrodos porosos con poros uniformes de 1 nanómetro podían almacenar casi la misma cantidad de energía que una batería de iones de litio, como las de nuestros portátiles y teléfonos móviles”, dice el profesor Siqueira.La segunda investigación, realizada en el marco del Programa Avanzado de Almacenamiento de Energía de CINE, investigó supercapacitores con electrolitos formados por agua extremadamente salada, conocidos como electrolitos de agua en sal.Los electrolitos en base agua son de gran interés porque son más económicos y seguros para las personas y el medio ambiente que los basados ​​en disolventes orgánicos, que son compuestos potencialmente inflamables y tóxicos.Sin embargo, la aplicación de altos voltajes en soluciones acuosas provoca la rotura de la molécula de agua.“En los electrolitos de agua salada, demasiada sal bloquea esta descomposición.De esa manera, es posible trabajar con voltajes más altos y aumentar la energía que se almacena en el dispositivo”, explica Hudson Zanin, profesor de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), uno de los principales autores de la investigación, realizada durante João Pedro Aguiar dos Santos, con la participación del doctorando Manuel Jonathan Pinzón Cárdenas.El trabajo fue publicado en el Journal of Energy Chemistry.El documento presenta el primer estudio exhaustivo de los supercondensadores de agua en sal a temperaturas inferiores a 0 °C.Utilizando técnicas in situ (aquellas que utilizan el propio supercondensador como muestra) y en operando (aquellas que analizan el dispositivo mientras está funcionando), los autores investigaron los efectos de la disminución de la temperatura sobre las propiedades del electrolito y concluyeron que, a -10 ° C , la energía del supercapacitor aumenta significativamente.De esta forma, el supercondensador de agua en sal alcanzaba una densidad de energía similar a la de las baterías, con la ventaja de tener una potencia elevada.“Lo único que queremos hoy es un dispositivo que cargue muy rápido y almacene mucha energía”, comenta Zanin, investigador del CINE, un Centro de Investigación en Ingeniería (CPE) formado por la FAPESP y Shell.El trabajo del centro en supercondensadores abre posibilidades dentro del reto de desarrollar dispositivos que respondan a la creciente demanda de almacenamiento de energía eléctrica procedente de fuentes renovables como la luz solar y el viento, que son intermitentes, utilizando materiales respetuosos con el medio ambiente y que están en proceso de producción en el industria brasileña.El artículo Rendimiento de energía y potencia de mezclas binarias de líquidos iónicos en electrodos planos y porosos mediante simulaciones de dinámica molecular se puede leer en: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013468622001542?via%3Dihub.Y se puede acceder al estudio Boosting energy-storage capacity in carbon-based supercapacitors usando electrolitos de agua en sal a baja temperatura en: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095495622001243?via%3Dihub.* Con información de la Oficina de Prensa de CINE.La Agência FAPESP licencia las noticias a través de Creative Commons (CC-BY-NC-ND) para que puedan ser reeditadas de forma gratuita y sencilla por otros medios digitales o impresos.Se debe acreditar a la Agência FAPESP como la fuente del contenido que se republica y se debe atribuir el nombre del reportero (si lo hubiere).El uso del botón HMTL a continuación permite cumplir con estas reglas, detalladas en la Política de republicación digital de la FAPESP.Agência FAPESP* – Entre los dispositivos utilizados para almacenar energía, los supercapacitores se destacan por su potencia (lo rápido que pueden cargar y entregar energía) y vida útil (la cantidad de ciclos de carga y descarga que pueden proporcionar).Sin embargo, tienen una densidad de energía limitada, que es la cantidad de energía que un dispositivo es capaz de almacenar en un volumen o peso determinado.En este sentido, las baterías son mejores, pero pierden en cuanto a potencia.De esta forma, las baterías y los supercondensadores pueden complementarse en una aplicación.Dos trabajos recientes realizados por investigadores vinculados al Centro de Innovación en Nuevas Energías (CINE) avanzan en la comprensión de tecnologías emergentes que pueden habilitar supercondensadores con mayor densidad energética y menor impacto ambiental.En ambas investigaciones, los autores estudiaron supercapacitores con electrolitos no convencionales, los de líquidos iónicos y los de agua en sal.El electrolito es el componente del supercapacitor, generalmente líquido, que está confinado entre los electrodos.Cuando se aplica tensión eléctrica al dispositivo (es decir, cuando se enchufa el supercondensador a la toma de corriente), los electrodos se polarizan, adquiriendo carga positiva y negativa, respectivamente.En ese momento, una capa de iones de carga opuesta comienza a adherirse a la superficie de cada electrodo y, en la interacción entre los iones del electrolito y la superficie del electrodo, se almacena la energía deseada.Aplicar voltajes más altos le permite almacenar más energía en los supercapacitores, siempre que sus componentes no se degraden en esta situación.Por tanto, electrolitos más estables, como los investigados en el trabajo de CINE, ayudan a aumentar la densidad energética de los dispositivos.En el primer estudio, publicado en la revista científica Electrochimica Acta, investigadores de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) vinculados al Programa de Ciencia Computacional de Materiales y Química del CINE estudiaron el desempeño de supercapacitores con electrolitos líquidos iónicos (sales que son líquidos a temperatura ambiente).La investigación se llevó a cabo durante la maestría de Pedro Henrique de Lima Ferreira y el doctorado de Abner Massari Sampaio, ambos bajo la dirección del profesor Leonardo Siqueira.En el trabajo, los autores utilizaron simulaciones de dinámica molecular para evaluar la densidad de potencia y energía de supercondensadores formados por electrolitos líquidos iónicos y electrodos porosos, que ofrecen una mayor capacidad para almacenar cargas gracias a su gran área superficial.Exploraron las posibilidades con dos líquidos iónicos diferentes, tanto puros como mezclados en diferentes proporciones, y con electrodos porosos y no porosos.“Demostramos que los supercapacitores que contenían líquidos iónicos y electrodos porosos con poros uniformes de 1 nanómetro podían almacenar casi la misma cantidad de energía que una batería de iones de litio, como las de nuestros portátiles y teléfonos móviles”, dice el profesor Siqueira.La segunda investigación, realizada en el marco del Programa Avanzado de Almacenamiento de Energía de CINE, investigó supercapacitores con electrolitos formados por agua extremadamente salada, conocidos como electrolitos de agua en sal.Los electrolitos en base agua son de gran interés porque son más económicos y seguros para las personas y el medio ambiente que los basados ​​en disolventes orgánicos, que son compuestos potencialmente inflamables y tóxicos.Sin embargo, la aplicación de altos voltajes en soluciones acuosas provoca la rotura de la molécula de agua.“En los electrolitos de agua salada, demasiada sal bloquea esta descomposición.Así, es posible trabajar con voltajes más altos y aumentar la energía que se almacena en el dispositivo”, explica Hudson Zanin, profesor de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), uno de los principales autores de la investigación, realizada durante la maestría de João Pedro Aguiar dos Santos, con la participación del doctorando Manuel Jonathan Pinzón Cárdenas.El trabajo fue publicado en el Journal of Energy Chemistry.El documento presenta el primer estudio exhaustivo de los supercondensadores de agua en sal a temperaturas inferiores a 0 °C.Utilizando técnicas in situ (aquellas que utilizan el propio supercondensador como muestra) y en operando (aquellas que analizan el dispositivo mientras está funcionando), los autores investigaron los efectos de la disminución de la temperatura sobre las propiedades del electrolito y concluyeron que, a -10 ° C , la energía del supercapacitor aumenta significativamente.De esta forma, el supercondensador de agua en sal alcanzaba una densidad de energía similar a la de las baterías, con la ventaja de tener una potencia elevada.“Lo único que queremos hoy es un dispositivo que cargue muy rápido y almacene mucha energía”, comenta Zanin, investigador del CINE, un Centro de Investigación en Ingeniería (CPE) formado por la FAPESP y Shell.El trabajo del centro en supercondensadores abre posibilidades dentro del reto de desarrollar dispositivos que respondan a la creciente demanda de almacenamiento de energía eléctrica procedente de fuentes renovables como la luz solar y el viento, que son intermitentes, utilizando materiales respetuosos con el medio ambiente y que están en proceso de producción en el industria brasileña.El artículo Rendimiento de energía y potencia de mezclas binarias de líquidos iónicos en electrodos planos y porosos mediante simulaciones de dinámica molecular se puede leer en: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013468622001542?via%3Dihub.Y se puede acceder al estudio Boosting energy-storage capacity in carbon-based supercapacitors usando electrolitos de agua en sal a baja temperatura en: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095495622001243?via%3Dihub.* Con información de la Oficina de Prensa de CINE.Este texto fue publicado originalmente por Agência FAPESP bajo la licencia Creative Commons CC-BY-NC-ND.Lea el original aquí.