Cemento impreso en 3D integra almacenamiento energético y capacidad estructural

La edificación moderna podría incorporar una nueva dimensión funcional gracias al desarrollo de un supercondensador basado en cemento, creado mediante impresión 3D. Este material es capaz de almacenar energía eléctrica mientras conserva la resistencia mecánica necesaria para aplicaciones estructurales. El avance, reportado por Hackster.io, permitiría que componentes habituales de edificios, como paredes o cimientos, se transformen en dispositivos de almacenamiento energético a gran escala.

El equipo de investigación abordó dos desafíos principales en el diseño de este supercondensador: la debilidad mecánica de las interfaces delgadas y la optimización del recorrido iónico. La solución se materializó en una tinta conductora imprimible, compuesta por cemento, nanotubos de carbono y negro de carbono. Utilizando una técnica de impresión 3D por extrusión (direct ink writing), este material se deposita en un patrón interdigitado dentro de un separador de cemento. Esta configuración, donde los electrodos positivo y negativo se entrelazan sin tocarse, reduce significativamente la distancia que los iones deben recorrer y amplifica la superficie de interacción con el electrolito.

La integración de los electrodos directamente en el mortero de cemento da como resultado una estructura monolítica. Esta característica elimina las interfaces discretas entre electrodos y separador, que son propensas a la delaminación bajo estrés mecánico. En términos de rendimiento, el supercondensador de cemento ha demostrado una capacitancia areal de 162.14 mF/cm² y una densidad de energía de 22.52 μWh/cm² operando a 1.0 V, con una densidad de potencia de 0.49 mW/cm². Crucialmente, el material exhibe una resistencia a la compresión de 23 MPa, valor que lo sitúa en el rango del hormigón empleado en diversas aplicaciones estructurales convencionales.

Para validar su funcionalidad, los investigadores conectaron tres de estos supercondensadores impresos en una misma losa y los utilizaron para alimentar una pequeña matriz de LED. No obstante, el desarrollo presenta aún limitaciones, como una marcada caída del rendimiento a temperaturas cercanas a 0 °F, atribuida a la congelación del electrolito y a cambios en la humedad del cemento. A pesar de estos retos, la tecnología abre vías para que futuros edificios almacenen localmente energía solar o eólica, o para alimentar sensores integrados y sistemas de iluminación de emergencia, reconvirtiendo así el hormigón estructural en un elemento activo del sistema eléctrico de un edificio.