Los científicos han logrado optimizar la creación de materiales grafíticos, similares al grafeno, que serán de gran utilidad para impulsar la transición energética.
Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, realizan un estudio internacional en el que lograron optimizar la preparación de sólidos con estructura grafítica mediante sepiolita, una sustancia muy Abundante arcilla en la cuenca del Tajo. El trabajo propone el mecanismo de formación de estos materiales, cuya producción es escalable en el campo de la electrónica y sus casi infinitas aplicaciones en el campo de la transición energética, como su uso para electrodos de baterías de litio, almacenamiento de hidrógeno o sensores electroquímicos.
Si el grafeno es uno de los materiales más deseados debido, entre otras cosas, a su alta conductividad y resistencia, los materiales grafíticos también lo son en la medida en que comparten muchas de sus características con el grafeno, aunque con una estructura interna imperfecta. Aunque la obtención de estos elementos grafíticos es más sencilla que la producción de grafeno convencional, este proceso suele requerir un procesamiento a temperaturas muy altas, lo que se traduce en largos tiempos de procesamiento y un importante gasto energético. El nuevo estudio proporciona una solución a estos problemas de forma optimizada.
“Utilizamos varias estrategias de síntesis experimentales a temperaturas relativamente bajas para obtener estos materiales similares al grafeno utilizando una arcilla de sepiolita microporosa”, explica Eduardo Ruiz-Hitzky, investigador del ICMM y uno de los autores del estudio. Este equipo eligió este material (la sepiolita) por su abundancia en la Península Ibérica y por su bajo coste, pero también porque vieron que es la propia arcilla la que impone la estructura ordenada de los compuestos de este nuevo material.
Para este trabajo se utilizó como modelo la sacarosa, azúcar de mesa, pero es posible extenderlo a cualquier tipo de biomasa. “Si calientas azúcar y haces caramelo, al tratar térmicamente ese material no se forman compuestos grafíticos, pero con la sepiolita como soporte, ella misma impone esa estructura interna”, explica Ruiz-Hitzky. “Cuando se calienta el material fuente en presencia del soporte, se forman compuestos que quedan absorbidos y son ellos los que se reordenan para dar la estructura de un grafeno no perfecto”, añade Margarita Darder, investigadora del ICMM y coautora del estudio. la obra.
La sepiolita también hace que el proceso sea sostenible. “Gracias a ello conseguimos gastar menos energía”, añade Pilar Aranda, científica y coautora del ICMM. No solo eso, sino que este resultado combina lo mejor de ambos materiales de partida: “Se maneja mejor, tiene una porosidad que se puede aprovechar para aplicaciones posteriores ya que es adsorbente y conductor al mismo tiempo”, describe Ruiz-Hitzky. “Está tan bien estructurado que, aunque contiene trazas de esa sepiolita que no conduce la electricidad, el material es conductor y sirve para la mayoría de aplicaciones”, añade Aranda.
A la hora de mencionar las aplicaciones de este material, la lista parece interminable: «Evidentemente no es un grafeno perfecto, pero puede usarse para electrodos de baterías de litio, supercondensadores o incluso para el almacenamiento de hidrógeno», afirman los tres. “También hemos realizado pruebas de sensores electroquímicos, o sensores que responden a la presión en movimiento. Todas estas cuestiones son fundamentales para la energía y son sostenibles y económicas”, concluye Ruiz-Hitzky.
Este trabajo fue elaborado en colaboración con la Universidad de Aveiro (Portugal) y formó parte de la tesis doctoral realizada por Ana Barra entre ambas instituciones.
El estudio se titula «Materiales similares al grafeno soportados sobre arcilla de sepiolita sintetizados a una temperatura relativamente baja». Y fue publicado en la revista académica Carbon.