Los resultados están en proceso de ser revisados por pares, pero si se confirma, por ejemplo, el dispositivo tendrá uso en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la alimentación energética de órganos artificiales mediante el calor del cuerpo, la generación de energías renovables y la alimentación eléctrica en aparatos electrónicos.
¿Otro triunfo para el grafeno?
Los iones en solución acuosa se mueven a velocidades de cientos de metros por segundo a temperatura ambiente y presión. La energía térmica de estos iones puede alcanzar varios kilojulios por kilogramo por grado. Sin embargo, hasta ahora, se había hecho poco el trabajo para encontrar la manera de aprovechar esta energía y producir electricidad.
Zihan Xu y sus colegas hicieron su batería conectando electrodos de plata y oro a una tira de grafeno – que es una película de carbono de sólo un átomo de espesor. En sus experimentos, los investigadores mostraron que seis de estos dispositivos en serie coloca dos en una solución de iones de cloruro de cobre podría producir una tensión de más de 2 V. Esto es suficiente para conducir electricidad a un diodo rojo emisor de luz.
La tecnología es muy diferente a las baterías convencionales de iones de litio, por ejemplo, que convierten la energía química en electricidad. “La salida de nuestro dispositivo es también continua y funciona exclusivamente por la recolección de la energía térmica de los alrededores mediante iones de cloruro de cobre, los cuales, en teoría, es ilimitado”, dice Xu.
Según los investigadores, la batería funciona más bien como una célula solar. Los iones de cobre (Cu + 2 ) continuamente chocan con la tira de grafeno en la batería. Esta colisión tiene energía suficiente para desplazar a un electrón del grafeno. Este electrón puede entonces combinarse con los iones de cobre o viajar a través de la tira de grafeno y entrar en el circuito.
Dado que los electrones se mueven a través del grafeno a velocidades extremadamente altas (gracias al hecho de que se comportan como partículas relativistas sin masa en reposo), viajan mucho más rápido en el material basado en carbono que en la solución iónica. El electrón liberado por lo tanto, naturalmente, prefiere viajar a través del circuito de grafeno en lugar de a través de la solución. Así es como el voltaje es producido por el dispositivo, explica Xu.
Aumentar la tensión de salida
Los investigadores también hallaron que la tensión producida por el dispositivo podría ser aumentado por el calentamiento de la solución iónica y la aceleración de los Cu 2 + iones con ultrasonido. Ambos métodos funcionan porque aumentan la energía cinética de los iones.
La tensión también aumenta si la solución de cobre-cloruro está más concentrada con iones de Cu + 2 , debido a que la densidad de Cu 2 + en el grafeno es entonces mayor. Otras soluciones catiónicos se pueden emplear también, como Na + , K + , Co 2 + y Ni 2 + , aunque estos producen menos salidas de tensión.
La única capa atómica de la naturaleza del grafeno es crucial para esta batería, dicen los investigadores, quienes también experimentaron con películas delgadas de grafito y nanotubo de carbono -. Ellos descubrieron que estos materiales sólo producen bajas tensiones de alrededor de microvoltios, que podrían ser considerados como ruido.
Bor Jang de Nanotek Instrumentos en Dayton, Ohio, quien ha trabajado en la fabricación de supercondensadores de grafeno, dice que el concepto descrito parece “muy interesante” pero que “más trabajos serán necesarios para evaluar si el método podría proporcionar suficiente energía o densidad de potencia para aplicaciones prácticas “.
Por su parte, el equipo de Hong Kong, planea ahora para mejorar la potencia de salida de su dispositivo basado en el grafeno y seguir investigando cómo funciona.
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