El hallazgo fue parte de un trabajo de tesis en el cual participó un equipo científico con integrantes del Instituto Milenio de Investigación en Óptica, la Universidad de Santiago, Universidad Técnica Federico Santa María y la Universidad Austral.
Cuando encendemos el motor de un vehículo existen dos tipos de dispositivos de almacenamiento que trabajan en conjunto. Están aquellos que almacenan grandes cantidades de energía, como las baterías de iones de litio, y los que suministran la energía muy rápidamente, llamados condensadores.
Pero actualmente también se están desarrollando supercondensadores, una nueva clase de dispositivos de almacenamiento que pueden guardar grandes cantidades de energía y también suministrarla en modo ráfaga, liberando toda su energía a la vez. Sin embargo, su capacidad de almacenamiento todavía es muy inferior a las baterías de iones de litio. Por esta razón, se están buscando diferentes tipos de materiales que puedan mejorar su capacidad de almacenamiento, aportando mayor estabilidad y vida útil.
En la búsqueda por encontrar nuevos materiales para mejorar la eficiencia de supercondensadores una joven investigadora de la Universidad de Santiago acaba de publicar un nuevo hallazgo en la revista científica Nanomaterials, especializada en el área de la nanociencia.
El descubrimiento fue realizado por la doctorante en Ciencias de la Ingeniería, mención Ingeniería de Materiales de la USACH, Carolina Manquián, bajo la guía del académico del Departamento de Física de la USACH e investigador del Instituto Milenio de Investigación en Óptica, Dr. Dinesh Pratap Singh, y la colaboración del académico de la Universidad Técnica Federico Santa María, Leonardo Vivas, la académica de la Universidad Austral, Loreto Troncoso y el candidato a doctor en Ciencias de la Ingeniería, USACH, Alberto Navarrete.
El trabajo de tesis doctoral que posibilitó el hallazgo se centró en optimizar y adaptar un tipo de cristal metal orgánico para que tuviera propiedades como supercondensador, es decir, pudiera generar y almacenar electricidad.
“Estas estructuras conocidas como “Metal-Organic Frameworks” (MOFs) son materiales que, debido a su adaptabilidad y su estructura controlable, han sido estudiadas y aplicadas, por ejemplo, en medicamentos, absorción y filtros de gases, en óptica, y en dispositivos de almacenamiento de energía. Es en esta última línea donde se centra mi trabajo de tesis, en el que logramos crear un nanoMOF basado en níquel, homogéneo y sin impurezas que es capaz de almacenar energía”, explica Carolina Manquián.
El profesor Singh, quien dirige el Laboratorio de Nanosíntesis de la USACH y ha realizado numerosas publicaciones científicas usando estos compuestos, menciona que “los supercondensadores son el futuro en el almacenamiento energético, ya que pueden guardar grandes cantidades de energía y se pueden cargar y descargar rápidamente. Pueden cargarse en milisegundos y microsegundos y tener una vida cíclica muy larga (más de 20 mil ciclos cuando hay baja capacidad de retener energía)”.
Sobre la importancia del hallazgo, el investigador destaca: “Aquí hemos logrado sintetizar un NanoMOF, a base de níquel, mediante un proceso sencillo y controlado de agitación magnética. Este MOF tiene una alta capacidad de almacenamiento para ser usado como electrodo en supercondensadores”.
Este descubrimientos no solo podría mejorar las tecnologías en automóviles, como aclara el Dr, Singh: “Este material puede ser útil en la industria de los dispositivos de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio, las pilas de combustible, etc. Su fácil síntesis, buen rendimiento, gran pureza y alto rendimiento lo hacen adecuado para supercondensadores que pueden aplicarse en diversas tecnologías, como automóviles, autobuses, trenes, grúas y ascensores, donde se utilizan para el frenado regenerativo”.
Para obtener resultados el proceso de investigación tardó tres años y el equipo de investigación espera continuar investigando el material para mejorar sus propiedades eléctricas y aplicaciones en supercondensadores pequeños.
La publicación se titula “Synthesis and Optimization of Ni-Based Nano Metal–Organic Frameworks as a Superior Electrode Material for Supercapacitor” y está disponible de manera gratuita.