Los investigadores dicen que han construido y probado una ‘batería estructural’ que llena de energía un dispositivo o el chasis de un vehículo eléctrico, ahorrando una tonelada de peso. Podría desbloquear teléfonos inteligentes tan delgados como tarjetas de crédito, computadoras portátiles con la mitad de peso y un aumento del 70% en el alcance de los vehículos eléctricos.
Los vehículos eléctricos dependen en gran medida (nunca mejor dicho) de grandes baterías de iones de litio para cubrir largas distancias. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers se preguntaron si podrían construir una batería que también sirva como material de carga para mantener unido el automóvil y perder algo de peso.
Como parte de su trabajo sobre lo que llaman “almacenamiento de energía sin masa”, el equipo de investigación de Suecia ha desarrollado una batería hecha de un compuesto de fibra de carbono. Promete una rigidez similar a la del aluminio, al mismo tiempo que es capaz de almacenar una buena cantidad de energía, suficiente para ser utilizada comercialmente.
La batería basada en fibra de carbono promete almacenar energía y soportar cargas como el aluminio.
La fibra de carbono, por supuesto, es increíblemente liviana, fuerte y rígida –y, por lo tanto, un material estructural y exterior popular, aunque costoso, en automóviles de alto rendimiento–, así como un material crítico en aplicaciones aeroespaciales, en las que cada gramo cuenta.
Pero también puede servir como material de electrodo eficaz cuando se diseña electroquímicamente para ese propósito. El equipo de Chalmers, dirigido por el profesor Leif Asp, lleva años trabajando en este tema y en 2018 publicó inicialmente un estudio que demostraba esta propiedad de la fibra de carbono con una disposición específica de los cristales.
Los investigadores Zhenyuan Xia, Richa Chaudhary y el profesor Leif Asp llevan años trabajando en este concepto de almacenamiento de energía sin masa.
El nuevo diseño de la batería tiene una densidad de energía de 30 Wh/kg, lo cual… no es muy bueno para los estándares automotrices. Como referencia, la batería de 53 kWh de un Hyundai Ioniq 6 tiene una potencia nominal de 153 Wh/kg (enlaces a PDF).
Pero esa es la densidad de energía de un paquete de baterías colocado en una caja; hay que agregar el peso de todo el chasis estructural del automóvil para que la comparación sea justa, ya que esta batería estructural de fibra de carbono está diseñada para reemplazar todo el bastidor, lo que reduce sustancialmente el peso del vehículo en general y, al mismo tiempo, libera espacio para el maletero. .
Los fabricantes de dispositivos y vehículos eléctricos pueden hacer lo que quieran con esta nueva ecuación, ya sea buscando productos significativamente más livianos o llenando el espacio liberado con más celdas para aumentar el almacenamiento general de energía.
Los resultados podrían ser revolucionarios en la práctica. “Hemos hecho cálculos sobre los coches eléctricos que muestran que podrían funcionar hasta un 70 por ciento más que hoy si tuvieran baterías estructurales competitivas”, afirma Asp.
El último prototipo del equipo es casi tres veces más rígido que las iteraciones anteriores, con un módulo elástico de 70 gigapascales, frente a 25. El equipo dice que ahora es tan rígido y capaz de soportar peso como el aluminio, aunque pesa mucho menos.
¿Qué hay dentro?
El diseño de la batería utiliza fibra de carbono tanto en el ánodo como en el cátodo, donde también sirve como refuerzo y colector de corriente. Esto elimina la necesidad de utilizar colectores de corriente hechos de materiales pesados como el cobre, así como de metales conflictivos como el cobalto en el diseño de los electrodos.
Características de fibra de carbono en los electrodos positivo y negativo de este diseño de batería.
Además, esta batería utiliza un electrolito semisólido en lugar de líquido para mover iones de litio entre sus terminales. Como tal, es menos inflamable y más seguro de usar, aunque el equipo admite que todavía hay algunos problemas para hacer que los iones atraviesen el electrolito con la suficiente rapidez para aplicaciones de alta potencia. Se necesita más investigación allí.
Sí, esta es otra batería de laboratorio y, como tal, todavía faltan algunos años para que lleguen estos vehículos y dispositivos de próxima generación, pero la producción y comercialización en masa están en proceso.
En 2022, la universidad se asoció con la firma de capital riesgo Chalmers Ventures, con sede en Gotemburgo, para crear una nueva empresa llamada Sinonus. La compañía nombró a un nuevo director ejecutivo en junio para impulsar su misión de comercializar el almacenamiento de energía sin masa, con miras a cambiar la forma en que construimos automóviles, dispositivos e incluso palas de turbinas eólicas.
“Se puede imaginar”, afirma Asp, “que los teléfonos móviles del grosor de una tarjeta de crédito o los ordenadores portátiles, que pesan la mitad de los actuales, sean los más parecidos en el tiempo. También podría ser que componentes como la electrónica de los coches o los aviones funcionen mediante energía estructural”. Se necesitarán grandes inversiones para satisfacer las exigentes necesidades energéticas de la industria del transporte, pero también es aquí donde la tecnología podría marcar la mayor diferencia”.
Fuente: EurekAlert
