Corea se pasa el juego: ha creado un material hidrogel anticongelante que estira hasta 9 veces su tamaño a -20ºC de temperatura

Corea del Sur está haciendo obras de ingeniería descomunales, pero a veces los grandes avances ocurren en un laboratorio y pasan desapercibidos. Ahora están desarrollando un hidrogel electrolito que mantiene su elasticidad incluso en temperaturas bajo cero.

Hay que tener en cuenta que los dispositivos flexibles parecen el futuro, pero tienen el problema de que el frío aumenta su deformación. En este caso, el invento coreano está pensado para dispositivos blandos de almacenamiento energético.

De momento el estudio se ha publicado en la revista especializada Nano-Micro Letters por Qingshi Zhang, Sungjune Park y colaboradores, y confirma una elongación del 907% y una elasticidad casi intacta tras 12 horas a -20 ºC.

Corea crea un gel anticongelante que multiplica nueve veces su tamaño

El gran problema de los hidrogeles es que tienen mucha agua en su estructura, lo que les da flexibilidad pero también los hace muy vulnerables al enfriamiento.

Cuando el agua interna se congela, el material se endurece, pierde movilidad iónica y deja de comportarse como un buen electrolito. Eso complica su uso en dispositivos que deben funcionar pegados al cuerpo, doblados o expuestos a temperaturas bajas.

La solución de los científicos coreanos pasa por combinar partículas de metal líquido hidrofóbicas y cloruro de litio. Con esa mezcla, los investigadores consiguieron un hidrogel fuerte, deformable y capaz de seguir conduciendo iones a -20 ºC.

Por ejemplo, en cuanto a la elasticidad el material alcanzó una elongación de rotura del 907%, con una resistencia a tracción de 766 kPa. Tras permanecer 12 horas a -20 ºC, todavía conservó una elongación del 897%.

Es decir, no sólo se estira mucho en condiciones normales, sino que sigue haciéndolo cuando el frío debería volverlo rígido. Esto es fundamental para los dispositivos flexibles.

Cómo funciona el hidrogel coreano que no se congela a temperaturas bajo cero

La base del experimento son las partículas de metal líquido como iniciadores de la polimerización. Son vitales porque ayudan a transformar los monómeros líquidos en una red sólida de hidrogel sin depender de calor externo o luz ultravioleta.

A esa red se incorpora metacrilato de estearilo, un compuesto que favorece asociaciones hidrofóbicas dentro del material. Estas uniones físicas actúan como puntos de refuerzo, ya que se rompen y se reorganizan cuando el gel se deforma.

Gracias a este mecanismo el hidrogel soporta grandes estiramientos sin perder su estructura. De hecho, la red resultante combina resistencia mecánica y gran capacidad de deformación.

El otro movimiento importante lo genera el cloruro de litio. Al sumergir el hidrogel en una solución con este compuesto, los iones alteran los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.

Eso reduce la formación de hielo dentro del material y permite mantener la conducción iónica. La conductividad fue de 4,35 S/m a 25 ºC y bajó sólo a 3,39 S/m después de 12 horas a -20 ºC.

Por qué el hidrogel coreano puede cambiar los ordenadores y el almacenamiento de energía

En el caso de este hidrogel, el objetivo es usarlo como electrolito en dispositivos blandos de almacenamiento energético, especialmente en supercondensadores flexibles.

En las pruebas, los investigadores ensamblaron supercondensadores con el hidrogel y electrodos de carbono activado. El sistema alcanzó una capacidad de almacenamiento de carga areal de 93,52 mF/cm2, con una densidad de energía de 12,9 µWh/cm2 y una densidad de potencia de 400 µW/cm2.

Además, el dispositivo retuvo el 98% de su capacidad de almacenamiento de carga después de 45.000 ciclos de carga y descarga. También mantuvo un comportamiento estable cuando se dobló y cuando trabajó tras almacenamiento a -20 ºC.