Los científicos desarrollan tecnologías de almacenamiento de energía de próxima generación que permitan una alta potencia y capacidad simultáneamente

(Izquierda) Ilustración esquemática de un compuesto de CNT y Panis. Muestra que los panis unidos covalentemente se distribuyen uniformemente entre los CNT y que cada Pani puede actuar como una celda a nanoescala. (*Kist1 es el valor calculado por el peso de solo PANI, y Kist2 es el valor calculado por el peso de la fibra). Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (Kist)

Un equipo de investigación ha desarrollado un supercondensador de alto rendimiento que se espera que se convierta en la próxima generación de dispositivos de almacenamiento de energía. Con los detalles publicados en la revista Composites Parte B: Ingeniería, la tecnología desarrollada por los investigadores supera las limitaciones de los supercondensadores existentes al utilizar una estructura de fibra innovadora compuesta por nanotubos de carbono de pared de una sola pared (CNT) y el polímero conductor polimer (PANI).

En comparación con las baterías convencionales, los supercondensadores ofrecen una carga más rápida y una mayor densidad de potencia, con menos degradación sobre decenas de miles de ciclos de carga y descarga. Sin embargo, su densidad de energía relativamente baja limita su uso durante largos períodos de tiempo, lo que ha limitado su uso en aplicaciones prácticas como vehículos eléctricos y drones.

Investigadores dirigidos por el Dr. Bon-Cheol Ku y el Dr. Seo Gyun Kim del Centro de Investigación de Materiales Compuestos de Carbon en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) y el profesor Yuanzhe Piao de la Universidad Nacional de Seúl (SNU), uniformemente uniformemente unida a los nanotubos de carbono de una sola pared (CNTS), que son altamente conductivas, con la polianilina (Pani), que es inquietante y inquieto.

Esto crea una estructura de fibra sofisticada que mejora simultáneamente el flujo de electrones e iones, lo que resulta en un supercondensador que puede almacenar más energía mientras lo libera a una velocidad más rápida.

Se ha demostrado que el supercondensador desarrollado mantiene un rendimiento estable incluso después de más de 100,000 pruebas de carga y descarga y es duradero incluso en entornos de alto voltaje. Gracias a estas características, la tecnología se puede utilizar como un reemplazo o un complemento de los sistemas de batería existentes. En vehículos eléctricos, por ejemplo, puede proporcionar una entrega de energía eficiente con una carga rápida para mejorar tanto el rango como el rendimiento.

Otras aplicaciones, como drones y robots, podrían beneficiarse de un mayor tiempo operativo y una mayor confiabilidad. Además, la fibra compuesta desarrollada (CNT-Pani) tiene una alta flexibilidad mecánica, por lo que se puede enrollar y doblarlo, lo que permite aplicarla a dispositivos electrónicos de próxima generación, como dispositivos portátiles.

Para ver el potencial de comercialización de los condensadores de fibra compuesta, se introdujo un proceso de fabricación de masas. Se produjeron paquetes de fibra que van desde fibras individuales hasta fibras de 300 cadenas a través del proceso de producción en masa, y se puede ver que la capacitancia específica se mantiene bien sin disminuir porque Pani actúa como una nanocélula en el interior. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (Kist) Un esquema del proceso general por el cual Pani fabrica fibras compuestas: (de izquierda a derecha) formando una fase de cristal líquido basada en nanotubos de carbono, girándolo en un baño de coagulación, lo que la consolidan y estirando. La fibra final resultada tiene una estructura con una distribución uniforme de PANI. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (Kist)

Otro logro importante de la investigación es la reducción de los costos de producción y la posibilidad de producción en masa.

A pesar de sus excelentes propiedades, los nanotubos de carbono de pared de una sola pared (CNT) han sido difíciles de comercializar debido a sus altos costos de producción, pero los investigadores resolvieron este problema al agravarlos con el polímero conductivo de bajo costo (PANI).

Además, han sentado las bases para la producción en masa a través de un proceso simple, y recientemente lograron desarrollar estructuras similares a películas basadas en esta tecnología, avanzando aún más en la comercialización. En el futuro, se utilizará como una tecnología clave para la transición a una sociedad neutral en carbono en diversas industrias, como vehículos eléctricos, robots, drones y dispositivos portátiles.

“Esta tecnología supera las deficiencias de los supercondensadores mediante el uso de nanotubos de carbono de pared de una sola pared y polímeros conductivos”, dijo el Dr. Bon-Cheol Ku de Kist.

“Continuaremos desarrollando e industrializando las fibras de carbono de ultra alto rendimiento basados ​​en nanotubos de carbono”.

Más información: Dongju Lee et al, fibras compuestas de nanotubos de carbono estructuradas con nanocelales para supercondensadores de densidad de energía y densidad de potencia, Compuestos Parte B: Ingeniería (2025). Doi: 10.1016/j.compositesb.2025.112179

Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología

Cita: los científicos desarrollan tecnologías de almacenamiento de energía de próxima generación que permiten una alta potencia y capacidad simultáneamente (2025, 9 de mayo) recuperadas el 9 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-scientists-gen-energy-technologies.html

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