• Universitat de València
• Universidad Autónoma de Madrid – IMDEA Nanociencia

• Félix Zamora Abanades
• Rubén Mas Ballesté
• David Rodriguez San Miguel

Els supercapacitors han atret una gran atenció en la indústria com a dispositius d'emmagatzematge d'energia, a causa de les seues grans prestacions quant a reversibilitat, cicles de vida i altes densitats d'energia i potència. La correcta selecció dels seus elèctrodes resulta determinant en aquesta mena de dispositius, havent de comptar el material seleccionat amb una elevada superfície específica, distribucions precises de grandària de porus, estabilitat tèrmica i un comportament electroquímic estable. En aquest context, el grafé, i especialment el grafé porós altament corrugat, es presenta com un candidat excepcional. Actualment aquest tipus de grafé s'obté, per exemple, mitjançant procediments de plantilla amb MgO, per refredament d'òxid de grafé en nitrogen líquid, o mitjançant un mètode combinat d'intercanvi iònic i activació amb NaOH. Aquests procediments es consideren massa cars i complexos i, per això, existeix un creixent interés a disposar de mètodes de síntesis que siguen escalables, econòmics i senzills per a la seua implementació industrial.

Investigadors de la UV, la UAM i IMDEA Nanociència han dissenyat un nou procediment de síntesi de grafé altament corrugat i porós amb excel·lents propietats de supercapacitància. El mètode consisteix en la calcinació a temperatura moderada (menys de 1000 °C) de materials tipus COF (“Covalent Organic Frameworks”) amb metalls adsorbits.

L'eficàcia del grafé obtingut com a elèctrode de supercapacitors, que supera la de qualsevol material carbonós relacionat, es basa en la seua elevada superfície específica i la distribució homogènia de la grandària de porus. L'estructura, morfologia i disposició del precursor emprat (tipus COF) afavoreix la generació de porositat jeràrquica en el material final sense la necessitat d'emprar plantilles de MgO, resines d'intercanvi iònic o NaOH. Això permet l'obtenció de grafé porós en un sol pas, sintetitzat directament sense necessitat de realitzar costoses etapes posteriors de reducció, com ocorre en el cas de les síntesis que parteixen d'òxid de grafé. El mètode descrit permet també la incorporació de heteroàtoms com el nitrogen en l'estructura del grafé.

El grafé compta amb multitud d'aplicacions en ciència de materials, electrònica i nanotecnologia, i en aquest cas destaca especialment l'ús del grafé obtingut en la fabricació de supercapacitors. Els supercapacitors s'empren principalment en emmagatzematge d'energia: estabilització del subministrament d'energia elèctrica, unitats de suport auxiliar de vehicles, substitució de bateries en algunes aplicacions específiques, etc

El mètode d'obtenció de grafé desenvolupat presenta els següents avantatges:

• Baix cost: procés químic d'una sola etapa amb un únic precursor, a baixa temperatura, i amb materials accessibles, no contaminants i econòmics.
• Bones propietats del grafé obtingut: propietats texturals i conductores excepcionals, i estabilitat i resistència mecànica en perspectiva al seu possible processament industrial per a diverses aplicacions.
• Aplicabilitat en supercapacitors: propietats adequades per al seu ús en els elèctrodes de supercapacitors.

• Patent concedida