Investigadores del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping (Suecia) han desarrollado el papel-batería, un nuevo material con una extraordinaria capacidad para almacenar energía. El material consiste en nanocelulosa y un polímero conductor. Los resultados han sido publicados en la revista Advanced Science.
Una hoja de 15 centímetros de diámetro y unas pocas décimas de milímetro de espesor puede almacenar hasta 1 faradio, similar a los supercondensadores actualmente en el mercado. El material se puede recargar cientos de veces y cada carga sólo requiere unos segundos.
Es un producto soñado en un mundo en el que el aumento del uso de energías renovables requiere nuevos métodos de almacenamiento de energía -de verano a invierno, de un día de viento a uno de calma, de un día soleado a uno cubierto de nubes.
«Las películas delgadas que funcionan como condensadores existen desde hace tiempo. Lo que hemos hecho es producir el material en tres dimensiones. Podemos producir láminas gruesas», dice Xavier Crispin, profesor de electrónica orgánica y co-autor del artículo, en la nota de prensa de la universidad.
Otros co-autores son investigadores del KTH Royal Institute of Technology y de Innventia (Suecia), de la Universidad Técnica de Dinamarca y de la Universidad de Kentucky (EE.UU.)
Aspecto
El material papel-batería tiene el aspecto y el tacto de un papel ligeramente plástico y los investigadores lo utilizaron para hacer un cisne de origami -papiroflexia-, lo que da una idea de su solidez.
La base estructural del material es la nanocelulosa, fibras de celulosa que, utilizando agua a alta presión, se descomponen en fibras de tan solo 20 nanómetros de diámetro. A las fibras de celulosa en una solución de agua se les añade un polímero cargado eléctricamente -también disuelto en agua-. El polímero forma entonces una capa fina alrededor de las fibras.
«Las fibras cubiertas están enredadas, y el líquido que hay en los espacios entre ellas funciona como un electrolito», explica Jesper Edberg, estudiante de doctorado, que llevó a cabo los experimentos junto con Abdellah Malti, que se ha doctorado recientemente.
Récords
El nuevo material de celulosa-polímero ha establecido un nuevo récord mundial en la conductividad simultánea de iones y electrones, lo que explica su excepcional capacidad de almacenamiento de energía. También abre la puerta a conseguir aún mayor capacidad.
También ha batido otros tres récords: mayor carga y capacitancia en electrónica orgánica, 1 culombio y 2 faradios; corriente medida más alta en un conductor orgánico, 1 amperio; y mayor transconductancia en un transistor, 1 siemens.
A diferencia de las baterías y condensadores actualmente en el mercado, el papel-batería se produce a partir de materiales simples: celulosa renovable y un polímero fácilmente disponible. Es ligero de peso, no requiere productos químicos peligrosos o metales pesados y es resistente al agua.
El nuevo papel-batería es igual que la pulpa normal, que tiene que ser deshidratada para fabricar papel. El reto es desarrollar un proceso a escala industrial.
El proyecto Powers Papers ha sido financiado por la Fundación Knut y Alice Wallenberg desde 2012. Ahora, junto con KTH, Acreo y Innventia, la Universidad de Linköping ha recibido 3,7 millones de euros (34 millones de coronas) de la Fundación Sueca para la Investigación Estratégica para desarrollar un método de producción racional, una máquina de papel del papel-batería, dice el profesor Magnus Berggren, director del Laboratorio de Electrónica Orgánica de Linköping.
Referencia bibliográfica:
Abdellah Malti, Jesper Edberg, Hjalmar Granberg, Zia Ullah Khan, Jens W. Andreasen, Xianjie Liu, Dan Zhao, Hao Zhang, Yulong Yao, Joseph W. Brill, Isak Engquist, Mats Fahlman, Lars Wågberg, Xavier Crispin, Magnus Berggren: An Organic Mixed Ion-Electron Conductor for Power Electronics. Advanced Science (2015). DOI: 10.1002/advs.201500305.