Baterías de grafeno, ¿realidad o ciencia ficción?
¿ Que es el grafeno?
Según la wikipedia el grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Se considera 100 veces más fuerte que el aceroy su densidad es aproximadamente la misma que la de la fibra de carbono, y es aproximadamente cinco veces más ligero que el aluminio, una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan solo 0,77 miligramos.
Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.
El Premio Nobel de Física de 2010 se les otorgó a los científicos Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov por sus revolucionarios descubrimientos acerca de este material.1 2
Mediante la hibridación sp2 se explican mejor los ángulos de enlace, a 120°, de la estructura hexagonal del grafeno. Como cada uno de los carbonos contiene cuatro electrones de valencia en el estado hibridado, tres de esos electrones se alojan en los híbridos sp2, y forman el esqueleto de enlaces covalentes simples de la estructura.
El electrón sobrante se aloja en un orbital atómico tipo P perpendicular al plano de los híbridos. El solapamiento lateral de dichos orbitales da lugar a formación de orbitales de tipo π. Algunas de estas combinaciones propician un gigantesco orbital molecular deslocalizado entre todos los átomos de carbono que constituyen la capa de grafeno.
El nombre proviene de intercambio –en el vocablo grafito– de sufijos: «ito» por «eno»: propio de los carbonos con enlaces dobles. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse una pila de gran cantidad de láminas de grafeno superpuestas.3 Los enlaces entre las distintas capas de grafeno apiladas se deben a fuerzas de Van der Waals e interacciones de los orbitales π de los átomos de carbono.
Estructura cristalina del grafito. Se ilustran las interacciones de las diversas capas de anillos aromáticos condensados.
En el grafeno la longitud de los enlaces carbono-carbono es de aproximadamente 142 pm (picómetros). Es el componente estructural básico de todos los demás elementos grafíticos, incluidos el propio grafito, los nanotubos de carbono y los fullerenos.
A esta estructura también se le puede considerar una molécula aromática extremadamente extensa en las dos direcciones espaciales. Es decir, sería el caso límite de una familia de moléculas planas de hidrocarburos aromáticos policíclicos denominada grafenos.
¿Baterías de grafeno?
Ya se han presentado varios proyectos en España y en el extranjero para la fabricación de baterías, tanto como para coches, vehiculos ligeros como bicicletas, para el hogar, drones, marcapasos, etc.
En el caso del automóvil, la tecnología que emplean no se puede comparar con la actual de litio, ya que aunque esta última tiene una densidad de energía de 180 Wh/kg no es real. Las testeadas para coches de grafeno tienen una densidad de 1.000 Wh/kg, un voltaje de 2,3v y cuando ha sido analizada por los organismos independientes TÜV y Dekra no ha explotado, como puede suceder con una batería de litio. Además, tras ser cortocircuitada ha vuelto a funcionar con un 60 % de la carga. Esta batería tiene “un potencial enorme, ya que la velocidad de carga y descarga es de 100 C, mientras que la de una de litio es de 3C, y no tiene efecto memoria”.
En el caso de un utilitario se podría rodar 800 kilómetros, frente a los 400 kilómetros que ofrece un Tesla o los 250 kilómetros de un Nissan Leaf o un Renault Zoe.
Incluso se podría llegar a alcanzar una autonomía superior a los 1.000 kilómetros, dependiendo del coche.
En el caso del utilitario el peso de esa batería no llegaría a los 100 kilos.
La batería de grafeno es modulable, por lo que están trabajando con varios fabricantes de vehículos y de aviones, como Airbus, para que puedan adaptarla a sus productos y fijar la autonomía y la capacidad de carga y recarga que quieren.
El precio es similar al de una batería de litio, porque lo que interesa es que sea rentable y se pueda comercializar para que suponga la “tercera revolución industrial”.
La fabricación de las baterías de grafeno en España debía de haber comenzado este mes de Octubre en Yecla (Murcia), por la empresa Grabat.
Estaremos atentos a su comercialización y os mantendremos informados.