La Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado un método industrialmente viable y estratégicamente económico para producir grafeno de alta calidad a gran escala, que abre el camino para la síntesis sostenible de este material. La investigación se realizó en colaboración con la Universidad de Fudan y fue publicada en un documento de acceso abierto en Nature Communications.
El grafeno es un nanomaterial bidimensional con unas propiedades que le han llevado a ser bautizado como 'el material de Dios'. Tiene el espesor de un átomo, es termoconductor, más duro que el diamante, flexible como el caucho y transparente. Su empleo es potencialmente viable en una amplia gama de aplicaciones, como pantallas táctiles, tintas conductoras y baterías para vehículos eléctricos.
El problema es que no es un material que se encuentre de forma natural, sino que es necesario fabricarlo. La dificultad de producir grafeno de alta calidad de manera asequible a gran escala sigue siendo un obstáculo para su adopción generalizada por parte de las industrias.
Hablando de movilidad eléctrica su aplicación fundamental sería en las baterías. Su uso permitiría multiplicar por más de cinco su densidad energética (hasta 1.000 Wh/kg). En el mismo volumen de batería, se reduciría el peso en un 75%, manteniendo la durabilidad y aumentando la seguridad, puesto que su comportamiento térmico es muy estable. También permitiría mayores velocidades de carga.
Un equipo de investigación liderado por la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado una técnica económica e industrialmente viable para obtener grafeno mediante un proceso eficiente que permite su producción y abre el camino para su síntesis sostenible a gran escala.
Comparación entre el método tradicional de producción de grafeno (a) y el de NUS (b). En (c) comparación de la concentración, el rendimiento y la escala de producción de ambos métodos
El método convencional de producción de grafeno utiliza fuerzas de cizallamiento para exfoliar las capas del grafito. Posteriormente dispersa las capas en grandes cantidades de disolvente orgánico. Si este se utiliza en cantidad escasa, las capas de grafeno se vuelven a unir en grafito. Producir un kilogramo de este material requiere actualmente al menos una tonelada de disolvente, lo que hace que el método sea costoso y poco respetuoso con el medio ambiente. El método desarrollado por el equipo de investigación de la NUS utiliza hasta 50 veces menos disolvente.
Técnicamente el método exfolia el grafito bajo condiciones altamente alcalinas desencadenando su sedimentación. Las capas de grafeno se agrupan continuamente para formar lodo sin tener que aumentar el volumen del disolvente. El método también introduce fuerzas de repulsión electrostáticas entre las capas de grafeno y evita que se vuelvan a unir. La suspensión resultante de grafeno se puede separar fácilmente en monocapas cuando sea necesario o incluso almacenarlo durante meses.
Según explica el profesor Loh Kian Ping, del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de NUS, con esta investigación "hemos demostrado una estrategia para fabricar grafeno de alta calidad con un alto rendimiento". El procedimiento es una solución de la que pueden disponer las industrias químicas interesadas en la síntesis del grafeno a gran escala de manera rentable y sostenible.
