La gran idea
En mi laboratorio de química sintética, hemos descubierto cómo convertir el pigmento rojo de los ladrillos comunes en un plástico que conduce la electricidad, y este proceso nos permitió convertir los ladrillos en dispositivos de almacenamiento de electricidad.
Estos supercondensadores de ladrillo podrían conectarse a paneles solares para almacenar energía recargable. Los supercondensadores almacenan carga eléctrica, a diferencia de las baterías, que almacenan energía química.
La estructura porosa del ladrillo es ideal para almacenar energía porque los poros le dan al ladrillo más área de superficie que los materiales sólidos, y cuanto mayor es el área de superficie, más electricidad puede contener un material supercondensador.
Los ladrillos son rojos porque la arcilla de la que están hechos contiene óxido de hierro, más conocido como óxido, que también es importante en nuestro proceso.
Rellenamos los poros de los ladrillos con un vapor ácido que disuelve el óxido de hierro y lo convierte en una forma reactiva de hierro que hace posible nuestra síntesis química.
Luego, hacemos fluir un gas diferente a través de las cavidades para llenarlas con un material a base de azufre que reacciona con el hierro. Esta reacción química deja los poros cubiertos con un plástico conductor de electricidad (PEDOT ).
La película resultante recubre las superficies de los ladrillos con nanofibras que se asemejan a los finos filamentos producidos por los hongos. La estructura de nanofibras de nuestro polímero conductor tiene una baja resistencia eléctrica y una gran superficie, lo que lo hace ideal para aplicaciones relacionadas con la energía.
Unas pocas piezas de ladrillo recubierto de PEDOT pueden encender un LED y, según nuestros cálculos, aproximadamente 60 ladrillos de tamaño regular podrían alimentar la iluminación de emergencia durante 50 minutos y tardarían 13 minutos en recargarse.
Uno de los resultados sorprendentes de nuestra investigación es que la pared de ladrillos del supercondensador se puede recargar 10 mil veces, lo que está a la par con los supercondensadores PEDOT más tradicionales. Hemos publicado nuestros resultados en la revista Nature Communications.
¿Por qué importa?
Hemos convertido el óxido de hierro, que es un producto de desecho ubicuo, en un intermedio reactivo, una sustancia útil en reacciones químicas. Al controlar una reacción química que usa este intermedio, hemos producido recubrimientos de nanofibras semiconductores de última generación.
Convertir el óxido en un material de origen químico útil es rentable y demuestra cómo los materiales inertes tienen el potencial de ser transformadores en la fabricación de productos químicos.
Nuestro trabajo muestra cómo los residuos se pueden reciclar y reutilizar para producir materiales de vanguardia que amplían las limitaciones funcionales de los materiales de construcción.
¿Qué otras investigaciones se están realizando en este campo?
Nuestro trabajo es el primero en demostrar el almacenamiento de energía en ladrillos, sin embargo, otros investigadores están alterando químicamente los ladrillos para otros usos.
El pigmento rojo en los ladrillos se ha utilizado como catalizador químico, sin embargo, esto requiere un procesamiento significativo para garantizar la pureza del óxido de hierro separado.
Las nanopartículas de óxido metálico también se han combinado con ladrillo y hormigón para eliminar los contaminantes atmosféricos. Otros grupos han creado ladrillos que incorporan nanomateriales de carbono para formar electrodos que pueden conducir electricidad.
¿Qué sigue?
Necesitamos aumentar la cantidad de energía que nuestros ladrillos pueden almacenar en un orden de magnitud. Estamos trabajando en formas de convertir la estructura de las nanofibras en compuestos que contengan otros semiconductores para aumentar la cantidad de energía que las nanofibras pueden almacenar.
Estamos ampliando la síntesis química para poder reducir los costos y producir ladrillos recubiertos de polímero rápidamente. También estamos desarrollando nuevas síntesis químicas que promueven el autoensamblaje dentro de los ladrillos para hacer que las nanofibras formen patrones 3D, lo que aumentará el área de superficie.
Nuestro objetivo es desarrollar ladrillos con patrones y listos para apilarse sin necesidad de cables.
Tenemos la intención de producir dispositivos que se puedan ensamblar como bloques de Lego.
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