Un nuevo modelo teórico abre el camino hacia la fabricación de supercapacitores más eficientes

El mismo es capaz de suministrar un análisis realista de los datos experimentales de estas piezas, en el cual se tienen en cuenta las pérdidas internas de energía

Agência FAPESP* – Las fuentes de energía limpia, tales como el Sol y el viento, son renovables, gratuitas e inagotables, pero son intermitentes. Por eso es importante contar con buenos sistemas de almacenamiento de la energía generada, lo cual hace posible utilizarla cuando sea necesario. Y los supercapacitores pueden ser piezas claves en esos sistemas, pues su potencia –la velocidad en la cual almacenan (cargan) y entregan (descargan) energía– supera ampliamente a la de las baterías.

En busca de optimizar la eficiencia de dichos supercapacitores, un equipo de científicos vinculados al Centro de Innovación en Nuevas Energías (CINE), un Centro de Investigaciones en Ingeniería (CPE, en portugués) apoyado por la FAPESP y la compañía Shell, en Brasil, desarrolló un modelo matemático que ayudará a minimizar las pérdidas indeseables que se producen dentro de estos dispositivos y que usualmente no se tienen en cuenta en la literatura científica. Esta investigación aparece reportada en un artículo publicado en el periódico científico Electrochimica Acta.

Este nuevo modelo puede suministrar un análisis realista de los datos experimentales de un supercapacitor, en el cual se tienen en cuenta sus pérdidas internas de energía. Más precisamente, con el mismo es posible cuantificar en forma precisa las características electroquímicas de los supercapacitores relacionadas con su capacidad eléctrica o capacitancia, que es la cantidad de carga que estos dispositivos pueden almacenar, y su resistencia, que es la oposición que ofrecen al flujo de corriente eléctrica. A tal fin, el modelo tiene en cuenta la presencia de distintos defectos estructurales, tales como poros, fisuras y rajaduras, en los materiales que forman los electrodos de los supercapacitores.

De acuerdo con los autores del trabajo, el modelo podrá a su vez ayudar a proyectar el material más adecuado para cada aplicación de un supercapacitor, como así también a definir las condiciones de síntesis del material para controlar la formación de defectos estructurales como el tamaño de los poros, por ejemplo.

Los autores validaron este modelo teórico con datos experimentales. Para ello fabricaron electrodos de cinco materiales distintos y realizaron experimentos aplicando cuatro técnicas que usualmente se emplean en la caracterización electroquímica de los supercapacitores: voltametría cíclica, cronoamperometría, cronopotenciometría y espectroscopía de impedancia electroquímica. La excelente concordancia entre los hallazgos experimentales y las simulaciones confirmó la validez del mismo.

Este trabajo es fruto de una colaboración entre grupos de investigación de la Universidad de Campinas (Unicamp) y de la Universidad Federal de los Valles de Jequitinhonha y Mucuri, y contó con financiación de la FAPESP.

Puede leerse el artículo intitulado Proposal of a novel methodology for the electrochemical characterization of well-behaved redox-active materials used in supercapacitors en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468623006369.