Crean un material grafítico sostenible a partir de arcilla con aplicaciones clave para la transición energética

Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) lideran un estudio internacional en el que han logrado optimizar la preparación de sólidos con estructura grafítica a través de sepiolita, una arcilla muy abundante en la cuenca del Tajo. El trabajo, publicado en la revista Carbon, propone el mecanismo de formación de estos materiales, cuya producción es escalable en el campo de la electrónica y sus aplicaciones casi infinitas en el ámbito de la transición energética, como su uso para electrodos de baterías de litio, el almacenamiento de hidrógeno o sensores electroquímicos.

Si el grafeno es uno de los materiales más deseados por, entre otras cosas, su alta conductividad y resistencia, los materiales grafíticos lo son también en la medida en que comparten con el grafeno muchas de sus características, aunque con una estructura interna imperfecta. Pese a que conseguir estos elementos grafíticos es más sencillo que la producción convencional de grafeno, este proceso suele requerir procesos a temperaturas muy altas, lo que da lugar a largos tiempos de trabajo y un importante gasto de energía. Este trabajo pone solución a estos problemas de una manera optimizada.

"Hemos usado diferentes estrategias experimentales de síntesis a temperatura relativamente baja para obtener esos materiales, similares al grafeno, empleando una arcilla microporosa de sepiolita", explica Eduardo Ruiz-Hitzky, investigador del ICMM-CSIC y uno de los autores del trabajo.

Este equipo ha optado por este material (la sepiolita) por su abundancia en la península y su bajo coste, pero también porque han visto que la propia arcilla impone la estructura ordenada de los compuestos de ese nuevo material.

Para este trabajo se ha usado sacarosa –azúcar de mesa- como modelo, pero es extensible a cualquier tipo de biomasa.

"Si calientas azúcar y haces caramelo, cuando tratas térmicamente ese material no formas compuestos grafíticos, pero con la sepiolita como soporte, ella misma impone esa estructura interna", detalla Ruiz-Hitzky. "Cuando calientas el material de origen en presencia del soporte, se forman compuestos que se quedan absorbidos y ellos son los que se reorganizan hasta dar la estructura de un grafeno no perfecto", añade Margarita Darder, investigadora del ICMM-CSIC y autora del trabajo.

La sepiolita hace, también, que el proceso sea sostenible.

"Conseguimos gastar menos energía gracias a ella", añade Pilar Aranda, científica del ICMM-CSIC y autora. No solo eso, sino que este resultado combina lo mejor de ambos materiales de origen: "Se maneja mejor, tiene una porosidad que puede servir para aplicaciones sucesivas ya que es adsorbente y conductor a la vez", describe Ruiz-Hitzky. “Está tan bien estructurado que, aunque tenga restos de esa sepiolita que no conduce electricidad, el material es conductor, y sirve para la mayoría de las aplicaciones", agrega Aranda.

 

A la hora de mencionar aplicaciones de este material, la lista parece inacabable:

"Obviamente no es un grafeno perfecto, pero se puede usar para electrodos de baterías de litio, supercondensadores, o incluso para almacenamiento de hidrógeno", dicen los tres. "También hemos hecho pruebas para sensores electroquímicos o sensores que responden a la presión en movimiento. Todos estos temas son fundamentales para la energía y son sostenibles y económicos", concluye Ruiz-Hitzky.

Este trabajo se ha elaborado dentro de una colaboración con la Universidad de Aveiro (Portugal) y ha formado parte de la Tesis Doctoral realizada por Ana Barra entre ambas instituciones.