El agua como superalmacenamiento de energía – Desde dentro

El hecho de que el agua sea la sustancia más abundante en la Tierra no significa que la conozcamos por completo. De hecho, un nuevo estudio revolucionario acaba de demostrar que, en las condiciones adecuadas, el líquido puede adquirir propiedades que superan todo lo que sabemos sobre él. y la investigacion publicado en la revista Naturemuestra que el agua confinada en espacios nanométricos se convierte simultáneamente en un conductor electrico y en una gran instalación de almacenamiento de energía.

La investigación. Este descubrimiento, que parece sacado de ciencia ficción, no sólo abre la puerta a una nueva generación de tecnologías en los campos de la energía y la biomedicina, sino que además lleva un importante sello español. La Universidad de Granada (UGR) es un colaborador clave del equipo internacional liderado por la Universidad de Manchester que ganó el Premio Nobel de Física André Geim.

Doble comportamiento. Los científicos han descubierto que el comportamiento eléctrico del agua cambia completamente cuando está confinada en canales tan pequeños como uno o dos nanómetros, un espacio un millón de veces más pequeño que un milímetro. Adquiere simultáneamente dos propiedades que antes se consideraban contradictorias.

El primero de ellos es la conductividad eléctrica extrema. Esto significa que el agua se convierte en un buen conductor de energía que alcanza valores comparables a los líquidos “superiónicos”, es decir, que los protones pueden moverse fácilmente a través del agua.

Pero también tiene una gran capacidad de almacenamiento comparable a la de los materiales “ferroeléctricos”, con una constante dieléctrica que se eleva hasta valores cercanos a 1.000, cuando el valor normal en agua ronda los 80.

Contradictorio. Este descubrimiento es particularmente sorprendente porque contradice directamente trabajos anteriores del mismo equipo publicados en Science en 2018. En ese momento, concluyeron que el agua limitada estaba «eléctricamente muerta».

¿Cómo es posible que esto sea ahora un supermaterial eléctrico? La respuesta está en la anisotropía: las propiedades del agua cambian radicalmente según la dirección de medición. El primer estudio mide perpendicularmente a las capas que lo delimitaban; Lo nuevo lo hizo en paralelo y reveló su verdadero potencial.

Revolución tecnológica. El sueño de todo ingeniero es tener una conductividad iónica muy alta y una capacidad de almacenamiento de energía sin precedentes en un solo material, y nada menos que en agua. Este doble comportamiento podría ser la base de una nueva era tecnológica en varios ámbitos.

Uno de ellos es lógicamente la energía, ya que se puede probar la producción de baterías y supercondensadores mucho más pequeños, más seguros y eficientes con tiempos de carga ultrarrápidos. Pero también abre la puerta al desarrollo de una membrana de purificación de agua que requiera mucha menos energía.

Aporte español. Medir estas propiedades a una escala tan absurdamente pequeña fue una hazaña de ingeniería, pero los datos brutos obtenidos fueron un galimatías de señales complejas. Aquí la aportación de la Universidad de Granada fue crucial.

René Fábregas, investigador del Instituto de Matemática Aplicada de la UGR, desarrolló un sofisticado modelo matemático que permitió interpretar correctamente la avalancha de datos experimentales. Su trabajo fue la “partitura” que dio sentido y coherencia a las mediciones y permitió sacar a la luz las sorprendentes propiedades del agua confinada. Como lo destaca Comunicado de la propia UGRSin este modelo matemático el descubrimiento no habría sido posible.

Imágenes | David Becker

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