¿Batería térmica de grafeno?

Dicen haber conseguido una batería que funciona ininterrumpidamente a partir de sólo el calor ambiental.

El grafeno y sus derivados son ahora el material de moda en investigación. Aunque está por ver si esto se traducirá pronto en dispositivos comerciales, continuamente se anuncian nuevos logros en microelectrónica, baterías, supercondensadores y otros. Ahora investigadores de la Universidad Politecnica de Hong Kong dicen haber creado una batería basada en grafeno que se alimenta de la energía térmica de los iones en una disolución y que produce electricidad ininterrumpidamente.

 

El descubrimiento está pendiente de ser confirmado, pero si se confirmara sería estupendo. No es difícil imaginar dispositivos implantados (como marcapasos) con este tipo de sistema y alimentados por el calor del cuerpo humano. Sería una fuente absolutamente renovable de energía para dispositivos móviles.
Los iones en una disolución se mueven a cientos de metros por segundo a temperatura ambiente y presión normal. La energía térmica de estos iones puede alcanzar varios kilojulios por kilo y grado de temperatura. Sin embargo, hasta ahora se había hecho poco para recuperar parte de esa energía.

Zihan Xu y sus colaboradores han construido una batería basada en una lámina de grafeno a la que han pegado un electrodo de oro y otro de plata. En sus experimentos introdujeron seis de estos dispositivos conectados en serie en una disolución de cloruro de cobre y se generaba una corriente eléctrica de 2V. La corriente producida era suficiente como para alimentar un LED comercial.

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En este caso se supone que no hay conversión de energía química en electricidad como en las baterías convencionales y además funciona continuamente siempre y cuando haya energía térmica en el sistema que se pueda tomar del entorno. Digamos que siempre y cuando haya una fuente de calor la batería nunca se agota.
Según los investigadores la batería funciona de manera similar a como lo hace una célula solar. Los iones de cobre colisionan (a 300 m/s a temperatura ambiente) contra la lámina de grafeno y transfieren energía cinética a la misma. Estas colisiones son suficientes como para desplazar cargar (electrones) de la red cristalina del grafeno. Los electrones o bien se combinan con los iones de cobre o viajan a través del grafeno hasta los electrodos que pueden formar un circuito cerrado que en el exterior alimente un LED, por ejemplo.

Estos investigadores afirman que la batería en cuestión ha estado 20 días funcionando ininterrumpidamente a partir de sólo el calor ambiental.
La ventaja del grafeno es que en él los electrones se mueven muy rápido y se comportan como si fueran partículas relativistas sin masa. Se mueven mucho más rápido que a través de la disolución. Así que los electrones “prefieren” viajar por el circuito formado por el grafeno que por la disolución. De este modo se produciría el voltaje, según los autores.

El voltaje se puede incrementar mediante el calentamiento de la disolución y aumentando la velocidad de los iones de cobre con ultrasonidos. En ambos casos sube la energía cinética de los iones. Los investigadores realizaron experimentos con otras sales como las de sodio, potasio, cobalto y níquel, pero con éxito un poco inferior (menor voltaje obtenido).

Otros grupos habían conseguido generar electricidad haciendo pasar agua a través del grafeno, así que la idea quizás no sea del todo descabellada.
Aunque todavía no está claro si este sistema tiene el rendimiento suficiente como para que tenga usos prácticos.
¿Se imagina el lector que fuese rentable y todos tuviéramos en casa una gran pila de este tipo? ¿Demasiado bonito para ser verdad?

El peor escenario es que la energía producida se dé porque haya algún tipo de reacción química en el dispositivo (dos metales distintos en una disolución suena demasiado familiar). Si fuese así la idea seria totalmente inútil. Aunque Zihan dice haber descartado esta posibilidad, habrá que esperar la confirmación por parte de otros laboratorios.

Fuente  http://neofronteras.com/?p=3777

Fuentes y referencias:
Noticia en PhyscisWorld.
Artículo en ArXiv.
Ilustración: Diagram showing the experimental set-up of the battery with gold and silver electrodes. (Courtesy: Zihan Xu)

Propiedades eléctricas y mecánicas de materiales de baja densidad dimensionalidad basados en carbono: nanotubos y Grafeno.

Cristina Gómez-Navarro.
Seminario de Fronteras de la Ciencia de Materiales.
Lunes 16 de marzo de 2009

Video elaborado por el Gabinete de Tele-Educación UPM.

Often dubbed "the wonder material", graphene promises exciting applications -- from flexible electronics to energy storage. Physics World reporter James Dacey visits the University of Manchester to learn how graphene is made and why it is so special.

physicsworld.com

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