De ESS News
En el estudio «A forestry waste-derived lithium ion capacitor: Sustainable, high-power energy storage«, publicado en febrero en el Journal of Power Sources, investigadores de la Universidad del País Vasco en España (UPV/EHU) presentaron un sistema de almacenamiento de energía fabricado con electrodos derivados de biomasa de madera.
La biomasa de madera que utilizaron procede de una variedad de pino y está ampliamente disponible como producto de desecho de los aserraderos, lo que la convierte en un método rentable y sostenible, según el Grupo de Investigación de Materiales y Estado Sólido de la UPV/EHU.
El grupo creó el sistema utilizando electrodos resultantes de las virutas de madera desechadas que combinaron en un condensador de iones de litio (LIC), un sistema híbrido que combina baterías y supercondensadores. El electrodo negativo está hecho de carbono duro y alcanza valores de alta capacidad de hasta 112 mAh g⁻1 a 10C sin complejos procedimientos de dopaje, el uso de aditivos caros o procesamiento complejo.
El electrodo positivo utiliza un carbón activado derivado del mismo carbón duro. La densidad energética del sistema es de hasta 105 Wh kg-1 a 700 W kg-1, conservando el 60 % de la capacidad después de 10 000 ciclos a 10 C.
Los electrodos de carbono duro alcanzaron 112 mAh g−1 a 10C, mientras que los electrodos de carbono activado alcanzaron 71 mAh g−1 a 10 A g−1.
Para la celda completa, se estudiaron la tensión de la celda y las relaciones de masa de los electrodos para optimizar el rendimiento de cada electrodo y evitar problemas como la deposición de litio o la descomposición del electrolito. La celda completa con mejor rendimiento utilizó una relación de masa de 1:1 y funcionó con un voltaje de celda de 1,5-4,0 V. Este sistema alcanzó valores de densidad de energía de 111 Wh kg-1 a 51 W kg-1 y 52 Wh kg-1 a 24,4 kW kg-1.
Demostró una retención de capacidad del 70% después de 5.000 ciclos y del 60% después de 10.000 ciclos a 10 °C (calculado en relación con el ánodo).
Aunque son menos comunes que las baterías de iones de litio y los supercondensadores, las LIC están siendo reconocidas en la investigación debido a su capacidad para ofrecer una larga vida útil y una fuente de alta potencia. Las LIC combinan electrodos de las tecnologías de las baterías de iones de litio y los supercondensadores para aprovechar las ventajas de cada una.
En una entrevista con la revista del campus de la UPV/EHU, la coautora del estudio, Eider Goikolea, dijo que el enfoque «ofrece las ventajas de ambos sistemas: se puede almacenar energía de alta potencia (como en las baterías), puede funcionar a niveles de alta potencia y es capaz de soportar muchos ciclos de carga y descarga (como los supercondensadores)». Los LIC disfrutan de una amplia ventana potencial, proporcionan altas energías (150-200 Wh kg) y presentan una tasa de autodescarga muy baja.
Idoia Ruiz de Larramendi, coautora del estudio, señaló que no toda la biomasa proporciona el carbono adecuado para esta aplicación. Sin embargo, «se pueden obtener resultados muy satisfactorios a partir de la biomasa» del pino concreto que utilizaron, el pinus radiata.
«Constituye una alternativa rentable y sostenible para mejorar los condensadores de iones de litio convencionales. Los materiales procedentes de la biomasa ofrecen grandes oportunidades para desarrollar sistemas de almacenamiento de energía de alta potencia ecológicos y rentables. Es importante continuar esta línea de investigación», afirmaron los investigadores de la UPV/EHU.
Dieron prioridad al uso de procesos rentables y sostenibles para producir los electrodos del sistema. «El proceso de producción de los electrodos fue eficiente desde el punto de vista energético. Las temperaturas de síntesis no superaron los 700 °C», y se utilizaron aditivos económicos.
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