El material creado en España que pesa seis veces menos que el cobre y que puede cambiar la industria eléctrica

Investigadores del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA) Materiales consiguieron desarrollar, por primera vez, un procedimiento de fabricación escalable de fibras de nanotubos de carbono capaces de alcanzar una conductividad eléctrica comparable a la que ofrecen materiales como el cobre y el aluminio. La principal diferencia reside en el peso, ya que estas nuevas fibras pueden llegar a ser hasta seis veces más ligeras.

El avance, cuyos resultados se publicaron en la revista Science, supone un paso clave para la electrificación de sectores en los que el peso del cableado constituye un factor determinante. Por ejemplo, entre las posibles aplicaciones se encuentran la aeronáutica, los vehículos eléctricos, los drones, así como otros ámbitos que requieren conductores eléctricos ligeros, resistentes y eficientes.

Uno de los elementos fundamentales de la investigación ha sido la incorporación de un nuevo agente químico a los nanotubos de carbono. Este procedimiento ha permitido elevar de forma considerable la conductividad eléctrica de las fibras respecto a las versiones desarrolladas anteriormente.

Desde IMDEA Materiales destacan que los nanotubos de carbono llevan años siendo considerados una alternativa prometedora para la fabricación de conductores eléctricos debido a su reducida densidad y a sus destacadas propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas. Sin embargo, hasta el momento su conductividad no había alcanzado unos niveles que les permitieran competir realmente con materiales convencionales como el cobre.

«Es la primera vez que las fibras de nanotubos de carbono demuestran un rendimiento suficiente como para convertirse en una alternativa industrial real frente a los conductores convencionales», señala Juan José Vilatela, investigador principal de IMDEA Materiales y uno de los autores del estudio.

Durante los trabajos, el equipo consiguió fabricar fibras intercaladas en fase gaseosa que alcanzaron una conductividad de hasta 24,5 MegaSiemens por metro (MS/m) a temperatura ambiente. Esta cifra se aproxima a la mitad de la conductividad del cobre, aunque las fibras presentan un peso seis veces inferior, una característica que amplía sus posibilidades en aquellos sectores en los que la reducción de masa constituye una prioridad.

En paralelo, los investigadores estudiaron el comportamiento de fibras de nanotubos de carbono altamente alineadas después de someterlas a un proceso de dopado con tetracloroaluminato (AlCl). Los resultados mostraron que este tratamiento permite multiplicar por más de 17 la conductividad eléctrica del material. Gracias a este incremento, las fibras consiguieron una conductividad específica media superior a la del cobre y alcanzaron incluso valores máximos por encima de los obtenidos por el aluminio.

Según Vilatela, el resultado adquiere una especial importancia en el proceso de electrificación del transporte. Coches eléctricos, drones y aeronaves necesitan reducir su peso sin que esa disminución implique una pérdida de rendimiento, por lo que las propiedades obtenidas por las fibras de nanotubos de carbono ofrecen una nueva posibilidad para este tipo de aplicaciones.

El potencial del material, no obstante, no se limita al transporte. Los autores del estudio consideran que estas fibras también podrían emplearse en cables eléctricos aéreos, un ámbito en el que el propio peso de los conductores constituye habitualmente una limitación relevante. Las estimaciones realizadas durante la investigación apuntan a que las fibras dopadas de nanotubos de carbono podrían llegar a ser hasta cinco veces más resistentes que los cables convencionales y, al mismo tiempo, pesar la mitad.

De este modo, el trabajo combina una mejora sustancial de la conductividad eléctrica con una importante reducción de peso y unas elevadas prestaciones mecánicas. El desarrollo de un proceso de fabricación escalable permite, además, avanzar en el estudio de estas fibras como alternativa a los materiales empleados tradicionalmente en el cableado eléctrico.