Los supercondensadores de hormigón prometen convertir los edificios en grandes sistemas de almacenamiento de energía limpia

Convertir las construcciones de hormigón en grandes sistemas de almacenamiento de energía limpia ya no es solo una idea futurista. A medida que las ciudades impulsan la eliminación de emisiones de carbono, el cemento de almacenamiento energético podría convertirse pronto en la base estándar de la arquitectura moderna. Un equipo de la Universidad de Tecnología de Harbin, en China, ha desarrollado un supercondensador a base de cemento imprimible en 3D capaz de almacenar energía sin comprometer la integridad estructural. Se dice que la tecnología es potente y eficiente y, de aplicarse a gran escala, redefiniría la construcción urbana. La autora correspondiente del estudio, Zhong Jing, afirma: "Si los materiales de construcción no solo soportan la estructura, sino que también almacenan energía, perciben el entorno e incluso interactúan con las personas, los edificios dejarán de ser refugios pasivos para convertirse en entornos verdaderamente inteligentes".

Las ventajas de los supercondensadores

El hormigón recargable aborda el problema de almacenamiento de las energías renovables. Los paneles solares y los aerogeneradores generan grandes cantidades de electricidad limpia, pero almacenar esa energía in situ suele requerir bancos de baterías pesados y costosos. Los supercondensadores almacenan y liberan energía con rapidez, sin depender de lentas reacciones químicas, y soportan millones de ciclos de carga. Incrustar estos dispositivos en losas de cimentación o huecos de escalera permite a la estructura guardar la energía solar diurna y liberarla al instante cuando se necesite. Este enfoque convierte el hormigón portante en un sistema activo de almacenamiento, reduciendo la necesidad de instalaciones de baterías externas.

Los dispositivos previos a base de cemento adolecían de resistencia mecánica insuficiente en las interfaces y de un transporte iónico lento a través del espesor. El equipo resolvió el problema mezclando nanotubos de carbono, negro de carbono y cemento en una tinta imprimible de alta conductividad. Mediante una impresora 3D, depositaron la mezcla en losas de hormigón siguiendo un patrón denso de dedos entrelazados. Al hidratarse el cemento, se forman minúsculos poros llenos de agua en la matriz, creando autopistas de alta velocidad para el movimiento de iones cargados y logrando una resistencia mínima. La innovación carece de sentido si el edificio se derrumba. Afortunadamente, pruebas rigurosas demuestran que las losas de almacenamiento alcanzan una resistencia a la compresión comparable a la del hormigón comercial utilizado en la construcción cotidiana.

Desafíos técnicos y potencial

Para demostrar su potencial real, los investigadores conectaron tres dispositivos impresos en una losa y encendieron de inmediato un conjunto de luces LED. A corto plazo, la tecnología puede alimentar iluminación de emergencia, sensores de seguridad o mantener operativas redes de monitorización de la salud estructural durante cortes de suministro, sin cableado externo.

Según el estudio, este supercondensador de hormigón ofrece una potente salida eléctrica, con una densidad de energía almacenada de 22,52 μWh cm⁻². Entrega 0,49 mW cm⁻² en un rango de operación de 1,0 V. Al mismo tiempo, la tecnología resiste 23,00 MPa de fuerza de compresión, cumpliendo los estándares de resistencia del hormigón estructural para edificación. Estos resultados confirman que los materiales de construcción pueden funcionar como unidades eléctricas eficaces sin sacrificar la capacidad de soportar cargas. Sin embargo, la tecnología no está exenta de desafíos. Aunque los supercondensadores de cemento operan sin problemas bajo calentamiento y enfriamiento moderados, su rendimiento cae cuando la temperatura desciende a cero grados Fahrenheit (-18 °C).

El frío congela el movimiento iónico en los poros hidratados, limitando la salida eléctrica. Reforzar la resistencia del material al frío extremo sigue siendo el principal desafío del equipo antes de la aplicación comercial.

No obstante, el potencial es enorme. La recarga frecuente a partir de fuentes renovables permite a estos supercondensadores de hormigón satisfacer las necesidades eléctricas específicas de un edificio mediante ciclos continuos de energía. Zhong Jing señala que este proceso rutinario de almacenamiento y liberación brinda una vía viable para que la estructura autoabastezca sus demandas energéticas. Los resultados se han publicado en la revista ACS Nano.