Los científicos han estado trabajando durante los últimos años en mejorar el cemento —posiblemente el material de construcción más común del planeta— para almacenar energía. Esto incluye a investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT), quienes encontraron una forma de combinar cemento, agua y carbon black para crear un supercapacitor con este propósito en 2023.
Ahora han expandido la capacidad de almacenamiento en casi 10 veces, lo que significa que nos estamos acercando a que el cemento funcione como baterías del tamaño de edificios.
Un material revolucionario que almacena energía
Este cemento conductor de electrones con carbono, llamado ec³ (pronunciado «e-c-cubed»), puede almacenar suficiente energía para satisfacer las necesidades diarias de un hogar promedio en solo 5 metros cúbicos, aproximadamente el volumen de una pared típica de sótano.
Esto es una mejora dramática desde los 45 metros cúbicos que habría ocupado la versión anterior de este material multifuncional para almacenar la misma cantidad de energía en 2023. Otra forma de verlo es que un metro cúbico de este ec³ actualizado —aproximadamente del tamaño de un refrigerador— puede almacenar más de 2 kWh de energía, suficiente para hacer funcionar un refrigerador real durante un día.
Cómo funciona la tecnología
Anteriormente, el equipo del MIT creó ec³ curando primero una mezcla de cemento con carbon black altamente conductivo, polvo de cemento y agua; este material luego se empapa en un electrolito como cloruro de potasio que proporciona las partículas cargadas que se acumulan en las estructuras de carbono. Dos electrodos hechos de este cemento especial, separados por un espacio delgado o una capa aislante, forman un supercapacitor que puede almacenar energía.
Mejoras en el proceso
Para mejorar la densidad energética del ec³, el equipo aplicó un método de imágenes 3D de alta resolución llamado FIB-SEM tomography para primero entender el funcionamiento de la red de nanocarbono negro dentro del material. Los investigadores luego experimentaron con varios electrolitos diferentes para encontrar candidatos viables para ec³, así como con electrodos más gruesos que pudieran almacenar más energía que antes y no requieren pasos de post-curado. Se decidieron por electrolitos orgánicos que combinaban sales de amonio cuaternario con un líquido conductivo común llamado acetonitrile.
Demostración práctica inspirada en la arquitectura romana
Inspirándose en la arquitectura romana antigua, los investigadores —la mayoría de los cuales forman parte de un hub de investigación ec³ dedicado en el MIT— construyeron un arco a escala modelo para demostrar las capacidades de carga estructural y almacenamiento de energía del ec³. Alimentó una luz LED, operando a 9V.
Lo que también resulta interesante es que cuando se añadió una carga para estresar el arco, la luz parpadeó. «Puede haber una especie de capacidad de automonitoreo aquí», explicó Admir Masic, autor principal del nuevo estudio que apareció en PNAS la semana pasada y codirector del hub ec³ en el MIT. «Si pensamos en un arco ec³ a escala arquitectónica, su salida puede fluctuar cuando sea impactado por un factor estresante como vientos fuertes. Podríamos usar esto como una señal de cuándo y en qué medida una estructura está estresada, o monitorear su salud general en tiempo real.»
Importancia para el futuro energético
Crear baterías más grandes y diversas es importante para un futuro que dependa de energía limpia, ya que necesitamos diferentes formas de capturar y liberar energía que se produce solo cuando brilla el sol o soplan los vientos.
El material ec³ ya ha sido utilizado previamente para calentar losas de aceras en Sapporo, Japón, debido a sus propiedades térmicamente conductivas, demostrando aplicaciones prácticas más allá del almacenamiento de energía.
Perspectivas futuras
El equipo reconoce que aunque la mayoría de las baterías comerciales son mucho más densas en energía que ec³, esto se siente como los primeros pasos hacia la reingeniería de un material ubicuo y hacerlo mucho más útil.
Con esta mejora de 10 veces en la capacidad de almacenamiento, estamos viendo el potencial real de transformar nuestros edificios y estructuras en sistemas masivos de almacenamiento de energía, lo que podría revolucionar la forma en que gestionamos y distribuimos la energía renovable en nuestras ciudades.
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