Polímero organizado dentro de un material poroso.

Polímero organizado dentro de un material poroso.


Nuevos materiales para el almacenamiento de energía

La energía, la conservación del medio ambiente y la tecnología de la información son áreas clave en la sociedad del siglo XXI, puesto que todas ellas están íntimamente relacionadas con el desarrollo tecnológico.

Este desarrollo, así como su implantación (vehículo eléctrico, dispositivos inteligentes portátiles, etc.) tiene un impacto directo en el aumento de la demanda eléctrica de los usuarios.

Se estima que el consumo energético crezca hasta un 60% en 2050. Sin embargo, seguir utilizando combustibles fósiles (que representan actualmente el 84% de la energía consumida) no es una opción sostenible debido a los graves problemas de contaminación y cambio climático que conlleva. Por esta razón, es necesario incrementar el aporte de energía proveniente de fuentes renovables.

Sin embargo, ya que la mayoría de las fuentes renovables son intermitentes por naturaleza, la energía generada debe de ser almacenada para su futuro aprovechamiento bajo demanda. Los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica están en continuo desarrollo con el fin de obtener densidades energéticas mayores (ej. requerida en sistemas portátiles como el vehículo eléctrico) de bajo coste. Las baterías y los condensadores electroquímicos (o supercondensadores) destacan entre estos dispositivos por ofrecer prestaciones avanzadas y modulables (capacidad, potencia).

En la Unidad de Materiales Porosos Avanzados del Instituto IMDEA Energía (Móstoles, Madrid) se desarrollan nuevos materiales para este tipo de dispositivos. En concreto, La Fundación BBVA, mediante una de sus prestigiosas becas Leonardo a Investigadores y Creadores Culturales (convocatoria 2017), financia actualmente esta investigación: "Este proyecto propone la combinación de un material poroso cristalino (similar a una red de túneles ordenados e interconectados) como huésped de un polímero conductor con el objetivo de ordenar el polímero en el interior de la matriz porosa, mejorando sus propiedades electrónicas" (Figura 1).

Los polímeros conductores son materiales muy prometedores dentro del campo del almacenamiento energético por su elevada conductividad electrónica y su alta capacidad teórica. Sin embargo, presentan limitaciones prácticas, como una ciclabilidad reducida y capacidades experimentales mucho menores que las calculadas. Todo esto se debe, entre otras causas, al desorden natural presente en el polímero, que ocasiona unos cambios volumétricos importantes cuando se realizan las cargas y descargas.

Figura 1. a) Polímero libre en su forma desordenada. b) Polímero organizado dentro de un material poroso.

Los materiales porosos seleccionados como huésped son las denominadas Redes Metal-Orgánicas (o MOFs por sus siglas inglés Metal Organic Frameworks). Estos materiales híbridos cristalinos presentan una porosidad excepcional con una gran estabilidad, además de una versatilidad composicional y estructural remarcable. Debido a estas propiedades, los MOFs se presentan como excelentes candidatos para alojar los polímeros y así, nanoestructurarlos en su interior.

Los primeros resultados han mostrado una mejora de las propiedades conductoras de los materiales compuestos resultantes con respecto a las del polímero aislado. Utilizando una combinación de técnicas de caracterización avanzadas (cálculos computacionales y análisis mediante función de distribución de pares a partir de datos sincrotrón de alta resolución), se está realizando un estudio pionero de la conformación/organización del polímero en el interior de estos materiales.

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