Investigadores del Departamento de Instrumentación y Física Aplicada (IAP) del Instituto Indio de Ciencias (IISc) y sus colaboradores han diseñado un nuevo supercondensador que puede cargarse con luz que incide sobre él.Estos supercondensadores se pueden utilizar en diversos dispositivos, incluidas farolas y dispositivos electrónicos autoalimentados, como sensores.

Los condensadores son dispositivos electrostáticos que almacenan energía en forma de cargas en dos placas metálicas llamadas electrodos.Los supercondensadores son versiones mejoradas de los condensadores: aprovechan los fenómenos electroquímicos para almacenar más energía, explica Abha Misra, profesor del IAP y autor correspondiente del estudio.publicadoen elRevista de química de materiales A.

Los electrodos del nuevosupercondensadorestaban hechos deóxido de zinc(ZnO) nanobarras cultivadas directamente sobre óxido de estaño dopado con flúor (FTO), que es transparente.Fue sintetizado por Pankaj Singh Chauhan, primer autor y becario postdoctoral CV Raman en el grupo de Misra en el IISc.

Tanto ZnO como FTO son semiconductores con alineación apropiada.niveles de energía, lo que permite un rendimiento superior del supercondensador fotorrecargable.FTO, al ser transparente, permite que la luz incida sobre las nanobarras de ZnO ópticamente activas, que cargan el supercondensador.Chauhan explica que se utilizaron dos electrolitos, un líquido y un gel semisólido, como medio conductor entre los electrodos.

La capacidad de almacenar cargas (capacitancia) es inversamente proporcional a la distancia entre los electrodos.

"A medida que la distancia se vuelve muy pequeña, la capacitancia se dispara", explica Misra.En los condensadores electrostáticos, es difícil mantener una pequeña distancia entre los electrodos.Sin embargo, en un supercondensador, las cargas de los electrodos atraen los iones con carga opuesta del electrolito, lo que da como resultado la formación de una capa de carga a sólo átomos de distancia entre sí, llamada doble capa eléctrica o EDL.Esto da como resultado la alta capacitancia de los supercondensadores.

Cuando los investigadores iluminaron con luz ultravioleta (UV) su supercondensador, notaron un enorme aumento en la capacitancia, varias veces mayor que el de los supercondensadores previamente informados.También notaron dos propiedades inusuales.En primer lugar, aunque la capacitancia generalmente disminuye a medida que aumenta el voltaje, descubrieron lo contrario: la capacitancia de su supercondensador bajo iluminación luminosa en realidad aumentaba al aumentar el voltaje.

"Lo llamamos comportamiento de besuqueo", dice A.M.Rao, profesor de la Universidad de Clemson, EE. UU., y coautor.Explica que esto puede deberse a la alta porosidad de los electrodos.En segundo lugar, la energía almacenada dentro del supercondensador normalmente disminuye cuando se carga más rápido, porque los iones en el electrolito no se mueven lo suficientemente rápido para responder al aumento de la velocidad de carga.Sin embargo, con el electrolito líquido, el equipo descubrió que la energía almacenada en el supercondensador aumentaba sorprendentemente tras una carga rápida bajo luz ultravioleta.

Mihir Parekh, investigador postdoctoral del grupo de Rao, desarrolló modelos teóricos para explicar estas novedosas observaciones.Los hallazgos abren las puertas al desarrollo simultáneo de supercondensadores de carga rápida y densos en energía, sugiere.

Para diseñar su supercondensador actual, el equipo exploró dos ideas clave.En primer lugar, se aumentó el área de superficie de los electrodos combinando dos interfaces semiconductoras ópticamente activas de una manera que maximiza la interacción con la luz, lo que lleva a una mayor generación de carga.En segundo lugar, se utilizó un electrolito líquido para garantizar una EDL eficaz.En conjunto, estos dieron como resultado un rendimiento superior.

"Las ideas eran simples... pero cuando se combinaron, funcionaron muy bien", explica Misra.Añade que modificar el diseño del supercondensador también puede permitir su carga con luz visible e infrarroja.El equipo del IISc-Clemson tiene como objetivo explorar más a fondo y comprender mejor los nuevos fenómenos observados para diseñar mejores supercondensadores.

"Los supercondensadores tienen muchas aplicaciones", explica Misra.Por ejemplo, potencialmente pueden reemplazar las células solares utilizadas en el alumbrado público.Tienen una alta densidad de potencia, por lo que pueden liberar carga más rápidamente que las baterías.También se pueden utilizar para alimentar chips endispositivos electronicoscomo los celulares.

"Hemos miniaturizado supercondensadores a escala micrométrica para que puedan integrarse junto con estos chips microelectrónicos", añade Misra.