¿Por qué alguien cocinaría yema de huevo y arroz añejo para fabricar material para baterías? Suena como un programa de cocina que tomó un rumbo equivocado. Pero los ingredientes tienen más sentido de lo que parecen a primera vista, y el resultado es un polvo negro que puede retener y liberar una carga eléctrica miles de veces.
El trabajo proviene de un estudio de 2023, dirigido por Shumeng Qin y colegas de la Universidad de Henan, con un coautor de la Universidad de Fudan.
El discurso es simple. El huevo y los restos de arroz son dos de los desperdicios de alimentos más comunes que existen. El huevo es rico en proteínas, lo que significa nitrógeno. El arroz es rico en almidón, lo que significa carbono. Ambos son útiles si lo que quieres construir es un electrodo de carbono, la parte de un dispositivo que almacena y libera carga.
Una nota antes de continuar: no somos químicos ni científicos de materiales, y nada aquí es un consejo de compra o una afirmación sobre un producto que puede adquirir. Este es un estudio de laboratorio y lo leemos como generalistas curiosos, sin garantizar que sea ciencia establecida.
Lo que realmente hicieron los investigadores
La receta es de dos pasos. Primero, los desechos de huevo y arroz mezclados se calientan de una manera controlada que elimina la mayor parte de lo que no es carbono, dejando una carbonización. Luego, ese carbón se trata con hidróxido de potasio, un químico cáustico que, bajo calor, graba el carbón lleno de agujeros. Este segundo paso es lo que convierte un simple trozo de carbón en algo plagado de superficie interna.
La mejor versión utilizó una mezcla uno a uno de huevo para desperdiciar arroz, una muestra que el equipo denominó YPAC-1. Los investigadores informaron que esta muestra “tenía una estructura de panal 3D compuesta de abundantes microporos y mesoporos con una superficie específica alta de 1572,1 m2 g-1”. Ese número es el punto. Un solo gramo de este polvo, si se pudieran aplanar todas sus paredes interiores, cubriría algo así como el suelo de un gran apartamento. Esa cifra se aplica a una muestra optimizada en condiciones específicas, no a cada carbón de huevo y arroz que puedas cocinar.
Por qué son importantes los pequeños agujeros
Toda esa superficie es importante debido a la forma en que un supercondensador almacena energía, que es diferente de cómo lo hace una batería.
Como lo expresa el fabricante Knowles en una publicación de blog técnico: “A diferencia de las baterías, que almacenan energía a través de reacciones químicas, los supercondensadores almacenan energía electrostáticamente, lo que permite ciclos rápidos de carga/descarga”. Se trata de una simplificación del fabricante, ya que algunos dispositivos reales también implican un poco de química. Pero la idea central se mantiene: un supercondensador acumula principalmente carga en la superficie de sus electrodos en lugar de generar reacciones en su interior.
Si la carga vive en la superficie, entonces más superficie significa más carga. El panal de poros diminutos es una forma de empaquetar una gran cantidad de superficie en una pequeña pizca de polvo. En la misma prueba, YPAC-1 almacenó carga a una tasa de 446,22 F/g a 1 A/g, una cifra sólida para un carbón elaborado a partir de restos de cocina.
Hay una compensación. Almacenar carga en la superficie es rápido y cuidadoso con el material, pero retiene menos energía total que la química dentro de una batería. Es por eso que los supercondensadores se cargan y agotan en segundos y sobreviven muchos más ciclos, mientras que las baterías acumulan más energía pero se desgastan antes. La vida útil de una batería suele ser de unos pocos miles de ciclos, frente al rango mucho más largo de un supercondensador, a menudo de cientos de miles.
El número de los 10.000 ciclos
Esto nos lleva a la prueba del titular. El equipo cargó y drenó el material una y otra vez, e informó que “la retención de capacitancia fue del 82,26 % después de hasta 10.000 ciclos”. Después de diez mil rondas de llenado y vaciado, la pólvora todavía contenía un poco más de cuatro quintas partes de la carga que logró en el primer intento.
Perder menos de una quinta parte de su capacidad después de tantos ciclos es una buena señal de durabilidad. Sin embargo, una señal: esto se midió en el laboratorio de una manera diseñada para aislar el propio comportamiento del material. No es lo mismo que la vida útil que obtendría de un dispositivo terminado colocado en un teléfono o en un autobús, donde todas las demás partes también envejecen. Y es un resultado único de un solo documento, no una propiedad establecida del material.
Que hacer con eso
El atractivo de utilizar residuos de alimentos como material de partida es fácil de ver una vez que se observa la magnitud del problema. La ONU cifra el desperdicio mundial de alimentos en 2022 en 1.050 millones de toneladas, y la mayor proporción, alrededor del 60 por ciento, se producirá en los hogares. Una materia prima tan barata y tan abundante merece una segunda mirada para casi cualquier cosa, y convertir una parte de ella en carbono para almacenar energía es una idea realmente atractiva.
Los propios autores lo plantean como una apertura más que como algo terminado. Sugieren que reciclar este tipo de residuos para convertirlos en carbono poroso apunta al potencial de utilizar residuos de alimentos mixtos como material de partida para el carbono poroso. Vale la pena tener presente la palabra “potencial”. Se trata de una demostración a escala de laboratorio, y el salto de un gramo de polvo de buen comportamiento a un proceso de fabricación que compite en coste, consistencia y seguridad es un salto largo que este artículo no intenta dar.
Nuestra lectura es más estrecha que lo que invita a encuadrar la cocina y la batería. Dos ingredientes desechables, calentados de la manera correcta, produjeron un material que almacena bien la carga y resiste un uso intenso y repetido en una prueba controlada. Ése es un resultado real y una base razonable para un estudio continuo. Si alguna vez sale del laboratorio es una cuestión diferente.
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