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Físicos acaban de encontrar un resquicio en el grafeno que podría desbloquear una energía limpia e ilimitada

Con todas las medidas, el grafeno no debería existir. El hecho es que se reduce a un claro vacío en la física que ve una lámina 2D imposible, de átomos actuar como un material 3D sólido.

Nuevas investigaciones han profundizado en el ondulamiento del grafeno, descubriendo un fenómeno físico a escala atómica que podría ser explotado como una forma de producir un suministro virtualmente ilimitado de energía limpia.

El equipo de físicos liderado por investigadores de la Universidad de Arkansas (EE.UU.) no se propuso descubrir una nueva forma radical de alimentar dispositivos electrónicos. Su objetivo era mucho más humilde: simplemente observar cómo se mueve el grafeno.

Todos estamos familiarizados con el material negro arenoso a base de carbón llamado grafito, que comúnmente se combina con un material cerámico para hacer la llamada’ mina’ en lápices. Lo que vemos como manchas dejadas por el lápiz son en realidad hojas apiladas de átomos de carbono dispuestas en un patrón de «alambre de gallina». Como estas hojas no están unidas entre sí, se deslizan fácilmente unas sobre otras.

Durante años, los científicos se preguntaron si era posible aislar láminas individuales de grafito, dejando que un plano bidimensional de’ malla metálica’ de carbono permaneciera por sí solo.

En 2004, un par de físicos de la Universidad de Manchester lograron lo imposible, aislando las hojas de un trozo de grafito que era sólo un átomo de grosor. Para existir, el material 2D tenía que ser tramposo de alguna manera, actuando como un material 3D para proporcionar algún nivel de robustez.

Resulta que la «laguna» era el movimiento aleatorio de átomos que saltaban de un lado a otro, dando a la hoja 2D de grafeno una práctica tercera dimensión. En otras palabras, el grafeno era posible porque no era perfectamente plano en absoluto, sino que vibraba a nivel atómico de tal manera que sus enlaces no se desentrañaban espontáneamente.

Para medir con precisión el nivel de esta confusión, el físico Paul Thibado lideró recientemente un equipo de estudiantes graduados en un simple estudio. Pusieron láminas de grafeno a través de una rejilla de cobre de apoyo y observaron los cambios en las posiciones de los átomos usando un microscopio de barrido de túnel.

Mientras que podían registrar el balanceo de los átomos en el grafeno, los números no encajaban realmente en ningún modelo esperado. No pudieron reproducir los datos que estaban recopilando de un ensayo a otro. «Los estudiantes sentían que no íbamos a aprender nada útil», dice Thibado,»pero me preguntaba si estábamos haciendo una pregunta demasiado simple».

Thibado impulsó el experimento en una dirección diferente, buscando un patrón cambiando la forma en que miraban los datos. «Separamos cada imagen en subimágenes», dice Thibado. «Mirando los promedios a gran escala se ocultaron los diferentes patrones. Cada región de una sola imagen, cuando se veía en el tiempo, producía un patrón más significativo.»

El equipo rápidamente descubrió que las hojas de grafeno se doblaban de una manera no muy diferente a como se doblaban hacia adelante y hacia atrás de una pieza doblada de metal delgado mientras se retorcía por los lados.

Los patrones de pequeñas fluctuaciones aleatorias que se combinan para formar cambios repentinos y dramáticos se conocen como vuelos de Lévy. Si bien han sido observados en sistemas complejos de biología y clima, esta fue la primera vez que fueron vistos a escala atómica.

Al medir la velocidad y escala de estas ondas de grafeno, Thibado pensó que podría ser posible utilizarlas como fuente de energía a temperatura ambiente. Mientras la temperatura del grafeno permitiera que los átomos se movieran incómodamente, continuaría ondulando y doblándose.

Coloque los electrodos a cada lado de las secciones de este grafeno pandeo, y usted tendría un pequeño cambio de voltaje.

Según los cálculos de Thibado, un solo trozo de grafeno de diez micrones por diez micrones podría producir diez microwatios de potencia. Puede que no suene impresionante, pero dado que podría caber más de 20000 de estos cuadrados en la cabeza de un alfiler, una pequeña cantidad de grafeno a temperatura ambiente podría, posiblemente, alimentar algo pequeño como un reloj de pulsera indefinidamente. Mejor aún, podría alimentar bioimplantes que no necesiten baterías incómodas.

Por muy emocionantes que sean, estas aplicaciones todavía necesitan ser investigadas. Afortunadamente Thibado ya está trabajando con científicos del Laboratorio Naval de Investigación de los Estados Unidos para ver si el concepto tiene potencial.

Para una molécula imposible, el grafeno se ha convertido en algo así como un material maravilloso que ha girado la física en su cabeza.

Ya está siendo promocionado como un bloque de construcción para futuros conductores. Tal vez también veamos que también va a impulsar el futuro de un nuevo campo de dispositivos electrónicos.

Esta investigación fue publicada en Physical Review Letters.

Explosiones de teléfonos móviles celulares

Cáscara de arroz para fabricar baterías de Smartphone

Actualidad Informática. Cáscara de arroz para fabricar baterías de Smartphone. Rafael Barzanallana. UMU

Aunque el desarrollo de los terminales parece imparable, las baterías no han cambiado demasiado en los últimos años, y esto se nota en su rendimiento y en la dificultad de encontrar algunos de sus componentes a causa de la demanda, como el grafito, que empieza a escasear en algunas regiones.

Pues bien: un reciente estudio realizado por investigadores de Corea del Sur ha encontrado que el grafito puede reemplazarse por un compuesto de silicio extraído de la cáscara de arroz, según un artículo publicado por la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Se trata de un material abundante y poco aprovechado –como no se le da ningún uso actualmente, la solución es quemarlo para deshacerse de él.

Alternativa factible y accesible

Resulta que este mismo procedimiento incendiario puede ser la fuente de un material sustituto para las baterías de los teléfonos celulares, un proceso al mismo tiempo accesible y factible económicamente, según uno  de los autores del artículo.

Se trata de un material abundante y poco aprovechado -actualmente se quema para deshacerse de él

“La cantidad total requerida para las baterías es mucho menor que la cantidad de cáscara de arroz generada durante la cosecha. Por lo tanto el suministro va a ser mucho mayor que lo que se requiere para las baterías de silicio”.

Fuente: ClubDarwin.NET

¿Cómo optimizar la batería de un ordenador portátil?

Baterías recaragables de aluminio, el futuro frente a las de litio

Actualidad Informática. Bataerías de aluminio para reemplazar al litio. Rafael BarzanallanaLa batería de iones de litio, también denominada batería Ion-Litio, es un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrolito, una sal de litio que procura los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.

Las propiedades de estas baterías, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, la ausencia de efecto memoria o su capacidad para operar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido el diseño de acumuladores livianos, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados para las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo1 Desde la primera comercialización a principios de los años 1990 de un acumulador basado en esta tecnología, su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música. Sin embargo el litio es un elemento químico escaso por lo que su precio se ha elevado mucho, aparte otro problema son algunas explosiones, por ejemplo sucedidas en ordenadores portátiles y teléfonos móviles celulares, lo cual ha dado lugar a diversas investigaciones para lograr su reemplazo por otras tecnologías más seguras y económicas.

Lynden Archer, ingeniero químico de la Universidad de Cornell (EE.UU.), y sus colaboradores han logrado un gran avance en 2011 al utilizar líquidos iónicos y un electrolito de nanohilos de óxido de vanadio para acelerar el transporte de los iones de aluminio en un nuevo tipo de baterías. Navaneedhakrishnan Jayaprakash, estudiante postdoctoral en el grupo de Ascher, es el primer autor del artículo del trabajo que presenta las baterías de aluminio recargables. Estas baterías utilizan un electrolito que contiene  AlCl en un líquido iónico (EMI.Cl, cloruro de 1-etil-3-metilimidazolio), nanohilos de V2O5 en el cátodo y aluminio en el ánodo. Alcanzan una capacidad de carga de 305 mAh/g en el primer ciclo de recarga y 273 mAh/g tras 20 ciclos de carga; además, el comportamiento electroquímico es muy estable. Una gran promesa que todavía tiene que salir de los laboratorios para llegar a la industria, pero una promesa en firme hacia el futuro de la energía en el siglo XXI, la electricidad como fuente primaria de energía. Nos lo cuenta Robert F. Service, “Al Bids to Vie With Li in Battery Wars,” Science 335: 163, 13 January 2012, que se hace eco de la repercusión que ha tenido el artículo técnico de N. Jayaprakash , S. K. Das, L. A. Archer, “The rechargeable aluminum-ion battery,” Chemical Communications 47: 12610-12612, 3 Nov. 2011, en la conferencia de la Materials Research Society (MRS), Fall Meeting, December 2011.

Ampliar en: Francis (th)E mule Science’s News

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Carga de la baterías de teléfonos mediante la voz

El ruido puede ser un montón de cosas. Puede ser un medio válido de comunicación. Puede ser una molestia cuando usted está tratando de llegar a la cama por la noche. Puede ser una migraña a punto de ocurrir, y dependiendo de a quién se pregunte, incluso puede ser una forma de contaminación. Pero, ¿podría el hombre que habla fuerte y te molesta a tu lado en el metro, o la televisión del vecino a un volumen sonoro elevado, ser una fuente potencial de energía renovable?

Sang-Woo Kim, investigador en el Instituto de Nanotecnología de la Universidad de Sungkyunkwan en Seúl (Corea)  cree que podría ser así. Está trabajando en un campo conocido como barrido de energía en el que la energía se capta del día a día de la vida de los seres humanos. Otras formas de recuperación de energía  propuesta en California es tomar la energía de vibración de los vehículos  n las carreteras. Estos tipos de innovación tienen la posibilidad de proporcionarnos energía de fuentes renovables que no requieren la colocación de paneles solares o turbinas eólicas   en las zonas donde este tipo de construcción no siempre puede ser posible.

Puede preguntarse cómo esta tecnología basada en sonido puede funcionar. La tecnología propuesta convierte el sonido en un tipo de energía que un teléfono  pueda utilizar por la vinculación de los electrodos con  filamentos de óxido de zinc. Cuando el ruido se produce en el teléfono, una plataforma diseñada para absorber el ruido lo captura, y la vibración del teléfono (u otro dispositivo en cuestión), lo que haría que las fibras de óxido de zinc se expandan y contraigan. La expansión y contracción es lo que realmente genera la energía para la batería.

Un sistema prototipo  fue capaz de convertir 100 decibelios  de sonido, el equivalente al tráfico de la ciudad, en 50 milivoltios de alimentación energética.

Ampliar  información en: http://chem.skku.edu/graphene/

Investigadores utilizan presiones muy altas para crear superbaterías

Con presiones muy altas similares a las que se encuentran en las profundidades de la Tierra o en un planeta gigante,  investigadores de la «Washington State University» han creado un material compacto, nunca antes visto capaz de almacenar grandes cantidades de energía.

«Si lo piensas bien, es la forma más condensada de almacenamiento de energía aparte de la energía nuclear», dijo Choong-Shik Yoo, profesor de química en WSU y autor principal de los resultados publicados en la revista Nature Chemistry.

La investigación es en ciencia básica, pero Yoo dice que demuestra que es posible almacenar energía mecánica en la energía química de un material con tales enlaces químicos fuertes.  Las posibles aplicaciones futuras incluyen la creación de una nueva clase de materiales energéticos y combustibles,  dispositivos de almacenamiento de energía, materiales super-oxidantes para la destrucción de agentes químicos y biológicos, y superconductores de alta temperatura.

Los investigadores crearon el material en el campus de Pullman con  yunques en una celda  de diamante,  capaz de producir presiones extremadamente altas en un espacio pequeño. La celda contiene difluoruro de xenón (XeF2), un cristal blanco que se utiliza para grabar los conductores de silicio,  entre dos yunques de diamante.

A presión atmosférica normal, las moléculas del material se mantienen  relativamente distantes unas de otras. Pero a medida que los investigadores aumentaron la presión dentro de la cámara, el material se convirtió en un semiconductor de dos dimensiones, como el grafito. Los investigadores finalmente aumentaron la presión a más de un millón de atmósferas, comparable con lo que se encuentra a medio camino del centro de la tierra. Todo esto «apretando», como lo llama Yoo, obligó a las moléculas a cambiar su estructura de enlaces . » En el proceso, la gran cantidad de energía mecánica de la compresión se almacena como energía química en los enlaces de las moléculas.

El apoyo financiero a esta investigación provino del U.S. Department of Defense’s Defense Threat Reduction Agency and the National Science Foundation.

Fuente:  EurekAlert¡

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