GRAFENO: APLICACIONES ENERGÉTICAS NICOLÁS GAYRAUD R&D DIRECTOR EN GMD SOLUTIONS Uso del grafeno para la producción y almacenamiento de energía Desde hace una década, el grafeno acapara el interés de la comunidad científica por sus características extraordinarias. Los expertos predicen una revolución en diferentes campos de aplicación gracias a este “material del siglo XXI”. En este artículo, se presentan algunas de las posibles utilizaciones del grafeno para la producción de energía, pero también para su almacenamiento. El grafeno es un material bidimensional compuesto por una lámina de carbono puro cuyos átomos están unidos en malla hexagonal según un patrón regular. Desde el principio del siglo XXI, el interés por este material ha crecido de forma exponencial como lo demuestran todos los artículos y las patentes publicados (y la entrega del Premio Nobel de Física 2010 a los científicos que aislaron el material). El sector de la energía no queda aislado de esta tendencia. En marzo de este año se presentó la primera aplicación comercial basada en grafeno. La Universidad de Manchester, en colaboración con la empresa británica Graphene Lighting PLC, desarrolló la primera bombilla LED con grafeno. Está compuesta por un diodo emisor de luz estándar con recubrimiento de grafeno que permite al dispositivo evacuar el calor producido más rápidamente y, de esta forma, prolongar la vida de la bombilla a la vez de mejorar su rendimiento. Por otro lado, varios grupos están desarrollando dispositivos para mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas gracias a las propiedades de conductividad y transparencia del grafeno. En este caso, existen diferentes ejes de trabajo. Uno de ellos es el diseño de electrodos transparentes y conductivos para células solares de capa delgada y células fotovoltaicas orgánicas. Para dispositivos de silicio amorfo hidrogenado (Si-H), se ha demostrado una mayor eficiencia de los electrodos de grafeno, comparado con el más convencional óxido de zinc dopado con aluminio (ZnO:Al) para longitudes de onda cortas. Sin embargo, el rendimiento total una vez el dispositivo expuesto al sol es inferior debido a una resistencia de lámina (sheet resistence) más alta. El grafeno tiene también perspectivas de mejora en las células fotovoltaicas orgánicas. Al insertar láminas de grafeno, se puede optimizar el transporte de portadores de carga hacia los electrodos. Además, permite proteger de la humedad los compuestos fotoactivos presentes en estos dispositivos. Estas aplicaciones son objetivos a corto y medio plazo. Otros proyectos como el del MIT, que está investigado la posibilidad de fabricar células solares compuestas de grafeno y disulfuro de molibdeno, están todavía en fase de desarrollo pero tienen como objetivo la fabricación de dispositivos que mejorarían considerablemente no solo la eficiencia de las células solares, sino también su peso y su coste. La otra gran aplicación del grafeno que ha generado mucho interés es la del almacenamiento de energía. Los supercondensadores, dispositivos híbridos entre las baterías y condensadores, se podrían beneficiar del grafeno para aumentar su capacidad de almacenamiento. Actualmente, se utilizan junto con baterías para aplicaciones que requieren una descarga importante de energía de forma instantánea. La posibilidad de utilizarlos como batería en coches eléctricos es muy atractiva porque se pueden recargar en poco tiempo. Se demostró en el pasado mes de junio que el uso de grafeno en supercondensadores permite obtener una densidad de energía de 130Wh/kg (comparado con 35Wh/kg anteriormente). Si las baterías de ion de litio actualmente usadas en los coches eléctricos siguen teniendo una capacidad superior (200Wh/kg), los supercondensadores podrían llegar a competir con ellas en un futuro cercano, con la ventaja de ofrecer un tiempo de carga muy inferior. Al contrario, si la capacidad de almacenamiento de los supercondensadores es inferior a la de las baterías de ion de litio en el caso de los vehículos eléctricos, se aprovecha la alta capacidad de almacenamiento por unidad de volumen del grafeno para dispositivos más pequeños. De esta forma, se desarrolló en la UCLA un microsupercondensador híbrido ultra fino de grafeno y óxido de manganeso con una capacidad superior a las microbaterías de litio de película delgada. Se podría integrar, por ejemplo, en vendajes para el suministro de medicina o para ayudar a la recuperación después de una lesión. El grafeno exhibe características únicas que podrían favorecer el sector de la energía, tanto en su producción como para su almacenamiento. A pesar de todos estos posibles usos, se nota una cierta impaciencia en ver aplicaciones reales y concretas del grafeno. Sin embargo, no se puede olvidar que el aislamiento del grafeno tiene poco más de 10 años, y, a escala científica, eso es muy poco �� energética XXI · Nº 154 · DIC15 93
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