Ahí

Ahí viene el Grafeno

La revolución tecnología ha traído grandes beneficios a la humanidad, estos cambios buscan remover lo obsoleto y continuar ofreciendo una mejor calidad de vida. Sin embargo, para satisfacer todas estas necesidades requerimos de un recurso que hasta hoy es uno de los más importantes, la energía eléctrica. Con la llegada de la transición energética se requiere de mecanismos que permitan almacenar energía eléctrica de manera más eficiente, y que garanticen flexibilidad en la producción de energía renovable, así como su integración al sistema. Actualmente, las baterías de litio son las más avanzadas y comerciales en el mercado para el almacenamiento de energía. De acuerdo con Wood Mackenzie, en el cuarto trimestre del 2018 las baterías de iones de litio estuvieron presentes en el 99% de todas las implementaciones de baterías (químicas). Sin embargo, las baterías de iones de litio con sus seis variaciones químicas también cuentan con ciertas desventajas: presentan sobrecalentamiento y explosión, cuentan con una duración máxima de descarga de cuatro horas, su vida útil es de 10 años, más pérdidas de eficiencia de ida y vuelta, la alta densidad de energía implica un precio alto para el uso convencional y que la disponibilidad de este material presenta cierta incertidumbre. Esto no significa que en este momento se requiera de manera inmediata descartar a las baterías de iones de litio, en la actualidad se sigue trabajando en su densidad de energía

José Hugo Carmona

johugocar@gmail.com Maestro en ingeniería, con experiencia en mercados de energía, modelación de escenarios y prospectivas del sistema energético mexicano, evaluación de cadenas de valor del sector hidrocarburos y su transformación.

y en su seguridad, además de que sus costos han disminuido un 85% desde el 2010. Por otro lado, los grandes requerimientos de energía y el paso de la innovación tecnología, provocan que se busquen nuevas alternativas y materiales para el almacenamiento de energía, uno de ellos es el grafeno. El grafeno es un material compuesto de carbono puro, sus átomos son estructuras cristalinas de en forma hexagonal con los átomos de carbono situados en los vértices, cuyos enlaces son del tipo covalente (Figura 1). A diferencia de otros materiales, el grafeno se puede sintetizar en diferentes mecanismos, su forma bidimensional ocasiona que cada átomo de carbono se una a otros tres mediante enlaces sp (cuadrado), que generan una lámina con una estructura plana con un espesor de un átomo de carbono. Una de las propiedades más importantes del grafeno es su conductividad eléctrica, la cual permite que los electrones puedan transportarse libremente por la lámina conductora evitando así su aislamiento. Además de esta cualidad tiene otras característi-

Foto: es.wikipedia.org/wiki/Grafeno

Figura 1. Estructura molecular del grafeno

cas favorables que garantizan que en un futuro se elaboren láminas de electrodos conductores que pueden ser empleados en un sinfín de usos, entre ellos el almacenamiento de energía. El grafeno es más resistente que el acero, soporta la radiación, cuenta con transparencia óptica, es ligero, no genera perdida de energía cinética de los electrones en forma de calor (se calienta menos al conducir energía), genera y posee gran movilidad electrónica. Uno de los sectores en los cuales se requerirá mayor cantidad de baterías es en el de la movilidad, esto gracias a la llegada de los vehículos eléctricos. De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en ingles), se estima que para el año 2030 habrá 125 millones de vehículos eléctricos. China en el 2017 se colocó en el primer lugar vendiendo 580, 000 vehículos eléctricos, seguido de Estados Unidos con 280, 000. Actualmente ya existe fabricación de algunas baterías de grafeno para automóviles, las cuales ofrecen menor tiempo de carga y mayor densidad energética, son más ligeras, ocupan menor espacio en el vehículo, brindan autonomía de 800 Km “El grafeno es más resistente que el acero, soporta la radiación, cuenta con transparencia óptica, es ligero, no genera perdida de energía cinética de los electrones en forma de calor, genera y posee gran movilidad electrónica”.

y pueden tener una vida útil cuatro veces mayor que una batería de iones de litio. Estas características no sólo pueden ser benéficas para el sector automotriz, también pueden ser usadas en los smartphones, generación distribuida, y en la generación de energías renovables. A pesar de que el grafeno presenta algunas limitaciones para su producción en masa, como el lograr fabricar una lámina de un átomo de grosor y la poca tecnología para lograrlo, este material puede ser el futuro para resolver los problemas de almacenamiento de energía, en especial cuando el litio ya no pueda satisfacer las necesidades de almacenamiento requeridas.