Avance de la Goma de Árbol Aumenta la Vida Útil de los Supercondensadores

Las baterías se encuentran entre los dispositivos de almacenamiento de energía más populares. Estos dispositivos electroquímicos pueden cargarse y descargarse muchas veces sin dañarse. Ofrecen numerosos beneficios, como la reducción de los costos energéticos, el aumento de la independencia energética, la mejora de la estabilidad de la red y el apoyo a la integración de energías renovables. 

Pero existe otro dispositivo de almacenamiento de energía electroquímica que posee capacidades mucho mayores que las baterías. Ese dispositivo es un supercondensador, también llamado ultracondensador o condensador electroquímico.

Un dispositivo de almacenamiento de energía de alta capacidad, el supercondensador, cierra la brecha entre las baterías y los condensadores convencionales. 

Este dispositivo muestra una alta densidad de potencia, aproximadamente mil veces mayor que la de las baterías recargables. Además, almacena más carga que un condensador y se carga y descarga más rápido que las baterías.

Además de contar con una larga estabilidad cíclica, los supercondensadores tienen una eficiencia de carga/descarga rápida, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren ráfagas rápidas de energía. Hoy en día, los supercondensadores se utilizan cada vez más en una variedad de aplicaciones, incluidos láseres, fuentes de energía portátiles, equipos de flash para cámaras, generadores de luz pulsada, sistemas de energía renovable, vehículos eléctricos híbridos y respaldo de energía industrial.

Actualmente, un supercondensador está compuesto por dos electrodos, conductores electrónicos conectados al circuito externo, que están separados por un electrolito, un conductor iónico, y un separador, que es una membrana que los separa eléctricamente para que los electrodos no entren en cortocircuito, al mismo tiempo que permite que ciertos iones lo atraviesen para evitar un circuito abierto en el sistema.

Debido a su alta densidad de potencia y a su amigabilidad ambiental, como la reciclabilidad, el supercondensador es uno de los sistemas de almacenamiento de energía más investigados y activamente estudiados.

En un supercondensador, la reacción controlada por la superficie determina principalmente su capacitancia. Por lo tanto, una interfaz estable entre el electrodo y el electrolito es clave para lograr un alto rendimiento y garantizar una performance electroquímica estable.

Las propiedades interfaciales son cruciales para asegurar un alto rendimiento electroquímico, por lo que los investigadores han estado desarrollando diferentes métodos para mejorar y superar los problemas asociados.

Sin embargo, todos estos intentos enfrentan limitaciones considerables, como la escalabilidad, el costo, la eco-amigabilidad y varios pasos involucrados en el procesamiento. Por lo tanto, es vital idear una solución sostenible que cumpla con estos criterios y que aún pueda lograr la alta densidad de energía/potencia del supercondensador para una operación a largo plazo.

Así, un equipo de investigadores de tres instituciones diferentes se unió para introducir un nuevo aditivo electrolítico, que consiste en un biopolímero conjugado de goma kondagogu o alginato de sodio (KS). Esta goma de árbol no solo está ampliamente disponible, sino que también es reciclable. 

La introducción de la goma de árbol creó una capa protectora en la superficie del electrodo, que evitó la formación de subproductos mientras permitía el fácil transporte iónico/electrónico. Cabe destacar que la aplicación de este novedoso concepto de aditivo en el sistema de supercondensador conduce a una mayor fiabilidad electroquímica. 

Incluso a una pequeña concentración de KS, es decir, 5 mg ml‑1, la retención de capacitancia mejoró hasta un 35 % alcanzando un impresionante 93 % durante 30 000 ciclos a una densidad de corriente de 4,0 mA cm‑2. Esto es simplemente “notable” considerando el uso de un electrolito ácido H₂SO₄ y un electrodo basado en carbono. 

El estudio denomina esto como el “informe más temprano” sobre una mejora considerable en la operación a largo plazo del supercondensador al introducir un aditivo electrolítico de biopolímero conjugado. Esta solución, gracias a su simplicidad, bajo costo y amigabilidad ambiental, tiene potencial para ser comercializada.

El Papel de la Goma de Árbol en los Supercondensadores de Próxima Generación

Investigadores de universidades en Escocia, Corea del Sur e India llevaron a cabo la investigación, que se publicó este mes en Energy Storage Materials. 

Esto incluye a la Universidad de Glasgow, la Universidad Chung‑Ang, la Universidad Ajou, la Universidad Amrita y la Universidad Myongji, que en conjunto diseñaron la estructura compuesta KS conjugada para un supercondensador altamente estable que ofrece biocompatibilidad y excelente fiabilidad electroquímica.

La goma residual utilizada aquí es producida por árboles en la India. Las gomas de árbol tienen amplios casos de uso en industrias como la alimentaria, cosmética y farmacéutica. Sin embargo, esta goma en particular no tiene muchos usos prácticos.

De hecho, las gomas utilizadas son “un poco de dolor de cabeza para el gobierno indio para disponer de ellas,” señaló el autor correspondiente del estudio, el Dr. Jun Young Cheong de la James Watt School of Engineering de la Universidad de Glasgow. Añadió:

“Con esta investigación, hemos encontrado una manera de crear algo realmente impactante a partir de esta goma, creando un biopolímero biodegradable y reciclable que permite un rendimiento notable y podría extender la vida útil de los supercondensadores de manera dramática.” 

El uso de electrolitos ácidos afecta el rendimiento a largo plazo de los supercondensadores. Al provocar reacciones secundarias indeseables con sus electrodos metálicos, reducen su capacidad de mantener una carga completa con el tiempo.

Luego está el problema de reemplazar, reciclar y desechar los supercondensadores al final de su vida útil. Esto contribuye al problema de rápido crecimiento de los residuos electrónicos, que representa graves riesgos ambientales y de salud.

Por lo tanto, el equipo utilizó la goma kondagogu, un polisacárido (biomolécula compleja) producido por la corteza del árbol Cochlospermum Gossypium o goma Kondagogu (KO). Los investigadores la combinaron con alginato de sodio para producir un biopolímero tipo esponja llamado ‘KS’.

Agregar este biopolímero al electrolito ácido formó una capa protectora en sus electrodos de carbono, lo que ayudó a prevenir la degradación física de los electrodos. Esta protección se brindó sin afectar el proceso de transporte iónico, lo que permite que el supercondensador se cargue y descargue.

El electrolito mejorado mejoró significativamente el rendimiento del supercondensador.

“En el laboratorio, hemos demostrado un rendimiento excelente durante 30 000 ciclos. Si ejecutáramos un ciclo por día, el supercondensador podría durar teóricamente más de 80 años sin perder un rendimiento significativo, lo que podría significar que los supercondensadores podrían usarse en dispositivos durante mucho más tiempo sin necesidad de ser reemplazados.”

– Dr. Cheong

La investigación se basa en realidad en la investigación continua del Dr. Cheong sobre el uso de residuos biológicos en baterías. Su investigación también ha demostrado la efectividad de usar aglutinantes de goma, solubles en agua, en ánodos de grafito en baterías de iones de litio.

La investigación “aglutinantes de goma biowaste solubles en agua para ánodo de grafito natural para baterías de iones de litio” se publicó el verano pasado, y abordó la sustitución del poli(vinilideno fluoruro) (PVdF) convencional, que emplea el nocivo N‑Metil‑2‑pirrolidona, por un aglutinante soluble en agua.

El estudio detalló la fabricación de ánodos basados en grafito natural usando PVdF y aglutinantes biowaste solubles en agua (W‑SB) provenientes de la goma del árbol Cochlospermum gossypium. Ambos utilizaban un 10 % en peso de aglutinante.

El electrodo NG‑W‑SB mostró buenas propiedades mecánicas y mantuvo la integridad estructural después del ciclado, promoviendo una baja resistencia al transferencia de carga en el electrodo. También mostró picos de corriente altos en el primer ciclo, indicando un rendimiento electroquímico mejorado, a diferencia de los picos ligeramente bajos del electrodo NG‑PVdF, que además experimentó degradación de capacidad justo después de 200 ciclos. Mientras tanto, NG‑W‑SB tiene una retención de capacidad estable más alta que llega hasta 360 ciclos.

“En general, los aglutinantes W‑SB mostraron características de retención de ciclado altamente mejoradas, capacidades de tasa comparables y menor resistencia del electrodo, lo que abrió una nueva vía para adoptar residuos biológicos (goma) como un aglutinante funcional soluble en agua para aplicaciones de baterías de iones de litio (LIBs)”, señaló el estudio.

Otra investigación del Dr. Cheong incluye “Carbono activado derivado de material orgánico para supercondensador de papel de morera ecológico,” donde el carbono activado (AC) se preparó usando cáscara de naranja (OP), un residuo común, que luego se recubrió sobre papel de morera (MP), el cual demuestra hidrofobicidad, alto contenido de holocelulosa y fuerte unión con el material activo. Otro recubrimiento de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS) se utilizó para fabricar un MP de doble recubrimiento para el supercondensador aquí.

Otros Desarrollos en el Campo de los Supercondensadores

Dado lo crítico que son los supercondensadores en diversas aplicaciones, los investigadores de todo el mundo están investigando activamente formas de mejorar su rendimiento. 

Tratamiento con Plasma para Mejorar la Capacitancia

A principios de este mes, científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo (Skoltech) de Rusia presentaron un tratamiento con plasma que puede duplicar la capacidad de los supercondensadores.

El equipo, según el investigador principal del estudio, el profesor asistente Stanislav Evlashin, está investigando formas de mejorar el rendimiento de los supercondensadores “jugando con el material a base de carbono utilizado en sus electrodos”.

Hay dos maneras de aumentar la cantidad de energía que almacena un supercondensador, explicó Evlashin:

“O bien aumentas el área superficial efectiva de los electrodos mediante un diseño de superficie intrincado o introduces átomos externos en el material de carbono de los electrodos.”

Su estudio se centró en el efecto de introducir átomos externos en el material de carbono de los electrodos del supercondensador mediante tratamiento con plasma. 

El equipo probó el impacto del plasma con seis composiciones químicas diferentes sobre la capacitancia de nanomuros de carbono, pero solo el plasma compuesto por una mezcla de nitrógeno y argón demostró una mejora sustancial. 

“Descubrimos que lo que ocurre primero es que el carbono amorfo que queda después del crecimiento de estructuras de nanomuros de carbono se elimina. A continuación se forman nuevos defectos y se incorporan heteroátomos en la estructura del material de carbono. El carbono amorfo, junto con los heteroátomos de nitrógeno, contribuye a la aparición de pseudocapacitancia.”

– Evlashin

Mejorando el Rendimiento a través de la Ingeniería de Electrodos y Materiales

Esta semana, investigadores de la Universidad de California diseñaron la orientación de electrocristalización así como la activación de superficie bajo ZHSCs de amplio rango de temperatura o supercondensadores de iones de zinc.

Como señaló el estudio, igualar la capacidad del ánodo y del cátodo es necesario para maximizar el rendimiento de la celda electroquímica. Por lo tanto, presentaron dos enfoques para equilibrar la utilización de los electrodos en los ZHSCs. 

Esto incluye minimizar la formación de dendritas, lo que aumenta la vida del ciclo, modificando el colector de corriente del ánodo con nanopartículas de cobre. La otra estrategia consistió en aumentar la capacidad del cátodo de carbono activado mediante una reacción electrolítica.

La celda completa mantuvo el 84 % de su capacidad incluso después de 50 000 ciclos completos de carga‑descarga hasta 2 V. Su capacidad acumulada, mientras tanto, fue de 19,8 Ah cm⁻², lo que supera a los ZHSCs, haciendo que este diseño de dispositivo sea “prometedor para aplicaciones de alta resistencia, incluidos los sistemas de alimentación ininterrumpida y los sistemas de captura de energía que requieren ciclos frecuentes”, según se indicó.

Un estudio del mes pasado, mientras tanto, recomendó modificar la estructura aniónica del óxido de cobalto de litio para mejorar la densidad de energía y la capacidad de almacenamiento de carga de los supercondensadores.

Para ello, el óxido de cobalto de litio se modificó a LiCoO1.6(F0.8Cl0.2)0.4, que mostró características de rendimiento impresionantes, incluyendo una capacitancia de 512 F g⁻¹ y una eficiencia coulómbica de poco más del 92 % después de 4000 ciclos a una densidad de corriente de 2 A g⁻¹. La estabilidad electroquímica del material modificado a tasas de corriente elevadas, así como la baja resistencia serie equivalente, según el estudio, “lo posiciona como un candidato significativo para futuros avances en la tecnología de supercondensadores.”

Supercondensadores de Plástico para Mayor Almacenamiento de Energía

Los investigadores incluso están usando plástico para mejorar los supercondensadores. Químicos de UCLA desarrollaron nanofibras de PEDOT con textura similar a pelaje, que poseen mayor área superficial para almacenar carga y una conductividad eléctrica superior.

PEDOT o poli(3,4-etilenodioxitiofeno) es una película transparente y flexible que se aplica a las superficies de componentes electrónicos y películas fotográficas para protegerlas de la electricidad estática. Su potencial para el almacenamiento de energía es bastante limitado, ya que los materiales PEDOT no poseen la conductividad eléctrica y el área superficial requeridas para almacenar grandes cantidades de energía.

Sin embargo, mediante un método innovador, los químicos controlaron la morfología del PEDOT para crecer nanofibras de manera precisa. El proceso de crecimiento en fase de vapor creó nanofibras verticales de PEDOT que parecían hierba densa creciendo hacia arriba.

“El crecimiento vertical único del material nos permite crear electrodos de PEDOT que almacenan mucho más energía que el PEDOT tradicional.”

– The corresponding author, UCLA materials scientist Maher El‑Kady

El equipo luego creó un supercondensador usando estructuras de PEDOT que almacenaron casi diez veces más carga que el PEDOT convencional y duró casi 100 000 ciclos de carga.

Según el autor correspondiente, Richard Kaner, profesor de química, así como de ciencia e ingeniería de materiales:

“El rendimiento excepcional y la durabilidad de nuestros electrodos muestran un gran potencial para el uso de graphene PEDOT en supercondensadores que pueden ayudar a nuestra sociedad a satisfacer nuestras necesidades energéticas.”

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Agregar Supercondensadores a Baterías para Acelerar la Velocidad de Carga

En medio de toda esta investigación, incluso el fabricante alemán de automóviles BMW ha presentado una patente de supercondensador que cargará autos de carreras híbridos en un minuto.

La compañía está explorando el potencial de añadir un supercondensador específico para motorsport a las baterías para reducir significativamente el tiempo de carga. Según la solicitud, acoplar un superdeportivo híbrido con una capacidad de más de 20 kWh a un sistema basado en baterías existente ayudará a superar algunos de los principales inconvenientes de ambos sistemas.

BMW estima que “para un cliente que desea conducir el vehículo en la pista, esto podría ofrecer la oportunidad de conducir continuamente al límite físico con breves interrupciones.”

Su competidor, Volkswagen Group, mientras tanto, ya está usando un supercondensador en el Lamborghini Sian. El supercondensador almacena energía eléctrica, que luego se suministra a un motor eléctrico. El Sian tiene un motor de 25 kW integrado en la caja de cambios para proporcionar un impulso eléctrico al V12 de 577 kW y 6,5 L o alimentarlo completamente con electricidad durante maniobras a baja velocidad.

Empresas Innovadoras en el Campo

El tamaño del mercado global de supercondensadores está en miles de millones de dólares, impulsado por la creciente demanda de soluciones de almacenamiento de energía sostenibles y eficientes. Por lo tanto, muchas empresas, como Panasonic Corporation y Skeleton Technologies, están trabajando en mejorar la tecnología.

Un nombre destacado en este sector es AVX Corporation, que fue adquirida por el fabricante japonés de electrónica Kyocera Corporation en 2020, tras lo cual las acciones comunes de AVX dejaron de cotizar en la NYSE. Las acciones de Kyocera, mientras tanto, se negocian en el mercado OTC (KYOCF:OTCPK) a $10.70, lo que sitúa su capitalización de mercado en $15.85 mil millones. Paga un rendimiento de dividendo del 3,12 %.

KEMET Corporation también es conocida por ofrecer una amplia gama de supercondensadores con capacidades de alto rendimiento que pueden usarse como baterías secundarias cuando se aplican en un circuito de corriente continua. Según su sitio web oficial, los dispositivos son más adecuados para aplicaciones de retención de CC de bajo voltaje. Originalmente una empresa estadounidense que salió a bolsa en la NYSE en 1990, KEMET fue adquirida por la empresa taiwanesa Yageo Corporation en 2020.

Maxwell Technologies es otro fabricante destacado de ultracondensadores. Tesla (TSLA ) la adquirió en 2019, solo para venderla a UCAP Power en 2021. A pesar de vender Maxwell, el fabricante de vehículos eléctricos y baterías con una capitalización de mercado de $817,34 mil millones mantuvo su proceso de fabricación de electrodos secos, basado en su tecnología de condensadores. Las acciones de TSLA están actualmente con una caída de más del 37 % en lo que va del año, cotizando a $248.80.

Luego está la empresa australiana CAP‑XX, que fabrica supercondensadores prismáticos y delgados para su uso en dispositivos portátiles de consumo, electrónica comercial e industrial y aplicaciones de energía limpia. Está cotizada en el mercado AIM de la Bolsa de Londres.

Los supercondensadores de CAP‑XX presentan alta densidad de energía, alto voltaje de celda y una corriente de fuga extremadamente baja. Con la ayuda de sus supercondensadores, los fabricantes pueden reducir el tamaño, peso y costo de las baterías, la cantidad y costo de los componentes involucrados, y su impacto ambiental.

Conclusión

Mientras las baterías han acaparado la atención, los supercondensadores están ganando terreno al convertirse en uno de los componentes más cruciales del ecosistema energético global. Después de todo, pueden ofrecer alta eficiencia, larga vida de ciclo y entrega de potencia instantánea.

Actualmente, los supercondensadores son complementarios en el sector de almacenamiento de energía para aplicaciones como electrónica de consumo, suavizado de energía renovable, vehículos eléctricos híbridos y energía de respaldo, que requieren ciclos rápidos de carga‑descarga y largas vidas operativas.

Así, la adopción más amplia de los supercondensadores sigue limitada por costos, materiales y preocupaciones ambientales. Sin embargo, enfoques como los biopolímeros basados en goma de árbol están abordando estos desafíos, lo que apunta a un futuro prometedor para los supercondensadores. Aún así, la comercialización llevará tiempo, pero una vez que se acelere, los supercondensadores pueden convertirse en algo convencional y desempeñar un papel clave en los sistemas de energía sostenible.

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Estudios Referenciados:

1. ​Lee, S., Park, J. Y., Yoon, H., Park, J., Lee, J., Hwang, B., Padil, V. V. T., Cheong, J. Y., & Yun, T. G. (2025). Supercondensador de larga duración con interfaz electrodo‑electrolito estable habilitada por un aditivo electrolítico de biopolímero conjugado. Energy Storage Materials, 67, 104195. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104195

2. Chang, J. H., Pin, M. W., Msalilwa, L. R., Shin, S. H., Han, C., Yu, H., Chandio, Z. A., Padil, V. V. T., Kim, Y., & Cheong, J. Y. (2024). Aglutinantes de goma biowaste solubles en agua para ánodo de grafito natural para baterías de iones de litio. Journal of Electroanalytical Chemistry, 967, 118467. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2024.118467

3. Han, Y., Yoon, H., Cheong, J. Y., & Hwang, B. (2025). Carbono activado derivado de material orgánico para supercondensador de papel de morera ecológico. International Journal of Energy Research, 2025, 8791702. https://doi.org/10.1155/er/8791702

4. Yao, L., Koripally, N., Shin, C., et al. (2025). Ingeniería de la orientación electrocristalina y activación de superficie en supercondensadores de iones de zinc de amplio rango de temperatura. Nature Communications, 16, 3597. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58857-5

5. Hashemzadeh, S. M., Khorshidi, A., & Arvand, M. (2025). Ingeniería de aniones en óxido de cobalto de litio para aplicación en supercondensadores de alto rendimiento. Scientific Reports, 15, 10064. https://doi.org/10.1038/s41598-025-95338-7