La revolución del grafeno

La diversidad de aplicaciones del grafeno demuestra que es posible vislumbrar nuevos horizontes y conseguir aplicarlo y emplearlo en los más diversos campos. Solo falta conseguir producirlo de forma rentable.

¿Una revolución en marcha?

El grafeno fue descubierto por los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov en 2004, lo que les valió el Premio Nobel de Física de 2010. Desde ese momento se lo catalogó como el ‘material del siglo XXI’ y el más revolucionario y 17 años después, siguen multiplicándose sus posibilidades de aplicación.

El grafeno es mundialmente famoso por sus notables propiedades, ya sean mecánicas, eléctricas y térmicas. Tiene una estructura del tipo panal, compuesta por átomos de carbono que muchos químicos consideran casi perfecta y una morfología en forma de lámina monoatómica, que lo ubica dentro de la familia de los materiales 2D.

Desde su descubrimiento no ha cesado la investigación acerca de este material, por lo que han surgido varias aplicaciones, en particular mediante la explotación del rendimiento eléctrico del grafeno. Para su uso se apunta a varios sectores como la aeronáutica, la automoción, la medicina y las telecomunicaciones, entre otras.

Grafeno en las baterías

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El grafeno es un candidato ideal para la fabricación de los electrodos de las baterías de ion-litio y para los supercondensadores. Por un lado, porque su conductividad eléctrica es muy alta, por el otro porque tiene un alto índice de superficie específica (es decir aquella que permite y promueve el intercambio de electrones entre el litio y el electrodo) lo que multiplicaría la capacidad de almacenamiento.

La alta conductividad del grafeno permite la entrega de grandes cantidades de energía en muy poco tiempo, aumentando así la potencia de los supercondensadores. El grafeno también es un buen conductor térmico, porque al disipar el calor evita el sobrecalentamiento. Todo ello redunda en eficacia, durabilidad y sostenibilidad para las baterías

De hecho, ya existe una batería externa desarrollada por una empresa estadounidense para teléfonos móviles, que se recarga al 100% en 17 minutos. Mercedes Benz está trabajando en un prototipo de coche eléctrico con una batería compuesta por electrodos de grafeno, que se cargaría en 15 minutos y daría al vehículo una autonomía de más de 700 kilómetros.

Grafeno en la electrónica

Por ahora dónde el grafeno presenta más dificultades es en el campo de la electrónica, ya que se comporta como un semi metal y las mayores demandas de esta industria son de materiales semiconductores. Para usar grafeno en un transistor será necesario modificar su estructura de banda, lo que generalmente desemboca en una degradación del material y una disminución de varias de sus propiedades.

Los científicos afirman que, si se desea mantener la estructura 2D característica del grafeno, habría que cambiar la naturaleza química de los átomos que lo componen empleando para ello alguno de los demás materiales que forman parte de la gran familia de los 2D, como es el ejemplo del nitruro de boro.

La fabricación de las próximas computadoras cuánticas podría necesitar materiales del tipo ‘aislante topológico’, que son eléctricamente conductores en la superficie, pero aislantes en el núcleo. Actualmente se está profundizando en la investigación de la fase topológica del grafeno, para que actúe como conductor eléctrico en zonas específicas.

¿Qué es lo que falta?

La problemática asociada al grafeno proviene de su fabricación, ya que a día de hoy obtener un kilo de este material tiene costes realmente prohibitivos, por lo que las investigaciones más importantes se están centrando en el desarrollo de métodos sintéticos, que permitan conseguir un material de primera calidad a precios competitivos, de forma que las innovaciones que lo empleen resulten rentables.

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