Grafeno. Introducción al grafeno, el llamado

¿Qué es el grafeno y cuál es su origen?

En 2004 dos científicos de la Universidad de Manchester en Reino Unido llamados Andrei Geim y Konstantin Novoselov (en realidad, maestro y alumno) conseguían aislar el grafeno como material y medir sus propiedades eléctricas. Lo hicieron a partir de grafito mediante un proceso mecánico de exfoliación. Hasta ese momento, se creía imposible poder lograr lo que estos científicos consiguieron: extraer una lámina de un solo átomo de carbono.

Y es que eso es lo que es el grafeno, carbono puro, pero con una variante atómica diferente, propiedad estructural que se conoce como alótropo. De hecho, el grafeno se conocía de 1930, pero su inestabilidad como material hacía imposible que se pudiera pensar en su utilidad, hasta llegar al año 2004. El hito de estos dos científicos abrió una nueva puerta tecnológica, algo que les valió el Premio Nobel de Física en 2010.

Lo interesante del grafeno son sus propiedades eléctricas. Muestra lo que ha venido a llamarse como conducción balística. Este fenómeno hace que los electrones circulen por el grafeno de un modo similar al que lo hacen los fotones por la fibra óptica. Es decir, se acaba de descubrir el mejor conductor de la electricidad conocido hasta el momento. Es, además, un material muy ligero (0,77 miligramos por metro cuadrado), elástico, permeable, flexible y resistente.

¿Cómo se podría utilizar en el coche eléctrico?

Con esta presentación, las investigaciones para su aplicación se han venido sucediendo en la última década. Los ámbitos en los que demuestra su potencial son innumerables, y el coche eléctrico no es una excepción. En los últimos años se ha multiplicado los esfuerzos por dar con una aplicación real de este material y se ha especulado con la posibilidad de que podría contribuir a hacer evolucionar a las actuales baterías de iones de litio.

Al grafeno lo encontramos vinculados a proyectos científicos como los de las baterías de litio-azufre o las de metal litio. Estas tecnologías en ciernes prometen aumentar la autonomía de las baterías actuales. En el último caso, el de sustituir los iones de litio por metal litio, apuntan a triplicar la autonomía de las baterías.

Las propiedades del grafeno muestran su utilidad en estos proyectos y, sin embargo, su utilización también llegar a suponer un lastre.

¿Cuáles sus limitaciones reales en la actualidad?

Hasta el momento el grafeno ha mostrado su potencial en el laboratorio. Sin embargo, los resultados de su aplicación industrial son todavía de escasos. La inestabilidad del material es una de los principales motivos.

Aunque la abundancia del carbono hace pensar que puede tratarse de un material sin problemas para su abastecimiento, en realidad lo anterior provoca que su proceso de producción continúa siendo excesivamente caro como para pensar en una aplicación práctica en los coches eléctricos. A esto hay que unirle la posibilidad de producción a una escala suficiente como para suponer una solución real en la industria de la automoción.

Por eso y aunque nos sigan hablando de su potencial, el grafeno sigue en un estadio previo a su aplicación, comparable al de otras tecnologías prometedoras en ciernes. Aplicar sus propiedades al campo de las baterías requerirá más tiempo.

¿Cuándo se estima que se empezará a utilizar?

Esto no quiere decir que no pueda aprovecharse en algún momento en el futuro. En la actualidad hemos podido ya comprobar algunos intentos (sin demasiado éxito) de llevar su aplicación a algún modelo en el mercado.

Otra utilidad que parece muy factible tiene que ver con la introducción de otra tecnología, la de los supercondensadores. Estos no beneficiarán de forma directa e inmediata a la autonomía, sino a los tiempos de recarga de los coches eléctricos. De hecho, existe ya aplicaciones en la industria donde ya tienen cabida y parece que su aprovechamiento para el coche eléctrico se acerca.

¿Cuánto podría aportar al coche eléctrico?

Los beneficios para las baterías del coche eléctrico, en el caso de que se lograse la aplicación de un material revolucionario como el grafeno, irían más allá del mencionado aumento de la autonomía. El grafeno permitiría incrementar ostensiblemente la densidad energética de las baterías.

Este valor se expresa en vatio por hora y por kilogramo (Wh/kg), y representa la potencia que se puede entregar en un plano temporal y de masa acotados. Es comúnmente utilizado porque permite establecer una relación entre el tamaño y masa de las baterías y su capacidad energética. Por ejemplo, en el caso de las ya comentadas baterías de metal litio, se podrían alcanzar cifras increíbles de 650 Wh/kg.

Por eso, aplicar el grafeno de forma práctica no significaría tan solo dar con baterías con más capacidad, sino que beneficiaría al coche eléctrico desde otra perspectiva, que consiste en reducir o mantener la masa y tamaño de las baterías, aumentando a la vez su capacidad energética. Esto es una gran ventaja aplicado a la fabricación de vehículo eléctricos.

Ante este panorama, los esfuerzos de la comunidad científica se multiplican para dar cabida industrial al grafeno. No obstante, en la actualidad su producción sigue pequeña y con costes elevados. Su fabricación a nivel industrial conlleva un proceso difícil y delicado. Esto es así por las complicaciones que supone mantener el material en las condiciones idóneas para su utilización. Por eso, a la consolidación práctica del grafeno todavía le resta un largo camino y, en el caso de su utilización en las baterías para coche eléctrico, puede verse eclipsada, salvo sorpresa, por otras tecnologías igualmente prometedoras que estén por llegar.

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