Investigadores de la universidad australiana de Monash han desarrollado un nuevo material basado en grafeno —llamado multiscale reduced graphene oxide (M-rGO)— que permite a los supercondensadores almacenar energía con una densidad comparable a la de baterías tradicionales, pero con una capacidad de carga y descarga muchísimo más rápida. Gracias a una arquitectura interna diseñada para optimizar el movimiento iónico y aprovechar al máximo la superficie del carbono, estos dispositivos podrían abrir la puerta a una nueva generación de energía para coches eléctricos, electrónica de consumo o sistemas de respaldo. Lo más prometedor es que el material se obtiene a partir de grafito natural, lo que aumenta su viabilidad industrial.

Qué diferencia al M-rGO

Los supercondensadores —también conocidos como ultracondensadores— almacenan energía mediante acumulación electrostática en lugar de recurrir a reacciones químicas, como hacen las baterías. Tradicionalmente se usan materiales de carbono como grafeno, carbón activado o grafito, pero un problema recurrente ha sido que solo una parte de la superficie disponible se utiliza realmente para almacenar carga. En muchos diseños clásicos, gran parte de ese carbono queda inaccesible para los iones del electrolito.

El avance de Monash radica en tratar óxido de grafito mediante un proceso de calentamiento rápido seguido de un enfriamiento controlado, obteniendo una estructura de grafeno con curvaturas a nanoescala y dominios desordenados, diseñados específicamente para crear rutas eficientes para los iones. Este diseño multiescala permite que la red de carbono actúe tanto como “autopista” para el movimiento iónico como “depósito” de carga, haciendo viable aprovechar gran parte de la superficie disponible. Según los investigadores, este enfoque incrementa sustancialmente la densidad energética y la densidad de potencia, al tiempo que mantiene buena estabilidad a lo largo de múltiples ciclos de carga y descarga.

Cuando se fabricaron células tipo pouch con este material, los resultados fueron sobresalientes: densidades energéticas volumétricas de hasta 99,5 Wh/L y densidades de potencia de hasta 69,2 kW/L. Estas cifras sitúan a los supercondensadores al nivel de baterías de plomo-ácido, algo impensable hasta ahora. Además, el proceso parte de grafito natural, lo que sugiere que podría escalarse industrialmente sin depender de materiales exóticos.

Implicaciones prácticas del nuevo supercondensador

El nuevo material M-rGO podría transformar por completo varios sectores. En primer lugar, en transporte eléctrico: los vehículos podrían beneficiarse de sistemas de almacenamiento con recarga ultrarrápida, sin los tiempos de espera propios de baterías de iones-litio. En electrónica de consumo, dispositivos como smartphones o drones podrían recargarse en segundos en lugar de minutos u horas, manteniendo además una vida útil muy elevada debido a la durabilidad típica de los supercondensadores. Para infraestructuras de red eléctrica o alimentación de emergencia, este tipo de supercondensadores permite entregar picos de potencia instantáneos y repetir los ciclos de carga sin degradación —algo esencial para, por ejemplo, sistemas de respaldo, elevadores, sistemas de frenado regenerativo o estabilización de red.

El hecho de que el M-rGO se fabrique a partir de grafito abundante y con un tratamiento térmico relativamente sencillo aumenta las posibilidades de su adopción masiva. Este material no solo mejora las prestaciones técnicas: su manufactura puede ser económicamente viable, lo que incrementa su potencial impacto en el mercado.

Desafíos por superar y contexto en la investigación

A pesar de los resultados alentadores, todavía hay retos que vencer antes de que este tipo de supercapacitores puedan sustituir baterías en todas sus aplicaciones. Uno de los problemas clásicos de los supercapacitores sigue presente: aunque su densidad energética ha mejorado, el almacenamiento no tiene la misma retención a largo plazo que las baterías convencionales. Los supercapacitores sobresalen cuando se necesita potencia, velocidad de carga o muchas decenas de miles de ciclos, pero no cuando lo que importa es almacenar una gran cantidad de energía durante días o semanas.

Además, aunque la estructura M-rGO aprovecha mucha más superficie, la eficiencia real depende del electrolito, del diseño del dispositivo, de la densidad de empaquetado y de cómo esos parámetros se comporten en condiciones reales de uso (temperatura, ciclos de carga, seguridad, degradación, coste, reciclaje). En este sentido conviene recordar que otras aproximaciones recientes investigan materiales alternativos o complementarios al carbono —por ejemplo con estructuras híbridas, pseudocapacitivas o basadas en otros compuestos— lo que evidencia que la comunidad de investigación trabaja en múltiples líneas.

Por otra parte, el planteamiento de usar materiales comunes como el cemento mezclado con negro de carbono para crear supercapacitores baratos y a gran escala demuestra que la ciencia no cree en un solo camino hacia la mejora del almacenamiento energético.

Reflexiones finales

El desarrollo del M-rGO es un paso muy relevante en la carrera por mejorar el almacenamiento de energía. Representa un equilibrio atractivo entre densidad energética, potencia, velocidad de carga y viabilidad de producción, lo que lo convierte en un candidato sólido para una amplia gama de aplicaciones. No obstante, aunque puede cambiar muchas cosas, especialmente en sistemas que necesitan recargas rápidas o alta potencia, probablemente convivirá con las baterías tradicionales durante un tiempo: cada tecnología tiene sus ventajas y sus límites.

Personalmente me parece que lo más interesante de este avance es su enfoque pragmático: no se busca crear un material fantástico imposible de fabricar, sino aprovechar recursos abundantes con un procesamiento relativamente sencillo para acercar las prestaciones de los supercapacitores a las baterías. Si en los próximos años se afinan cuestiones de coste, estabilidad y escalabilidad, podríamos ver dispositivos cotidianos —coches, móviles, drones— que carguen en segundos y duren muchísimo más.