Un grupo de investigadores ha desarrollado y probado una batería estructural que permite almacenar energía en el chasis de un dispositivo o vehículo eléctrico, reduciendo considerablemente el peso.
Este avance podría revolucionar dispositivos como teléfonos inteligentes tan delgados como una tarjeta de crédito, ordenadores portátiles con la mitad de peso y vehículos eléctricos con una mejora del 70% en su autonomía.
Los vehículos eléctricos dependen en gran medida de baterías de iones de litio de gran tamaño para cubrir largas distancias. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, se preguntaron si podrían diseñar una batería que sirviera no solo para almacenar energía, sino también como material estructural del vehículo, eliminando parte del peso.
Almacenamiento de energía sin masa
Como parte de su investigación sobre lo que denominan «almacenamiento de energía sin masa», el equipo sueco ha desarrollado una batería hecha de un compuesto de fibra de carbono. Este material promete una rigidez similar al aluminio, pero con la capacidad adicional de almacenar energía, lo que podría permitir su uso comercial en diversas aplicaciones.
La fibra de carbono es conocida por ser extremadamente ligera, resistente y rígida, lo que la convierte en un material popular, aunque caro, en la fabricación de vehículos de alto rendimiento y en aplicaciones aeroespaciales, donde cada gramo cuenta. Lo innovador en este desarrollo es que la fibra de carbono también puede funcionar como un material de electrodo eficiente cuando se le da una ingeniería electroquímica adecuada.
El equipo, liderado por el profesor Leif Asp, ha estado trabajando en esta idea desde hace varios años. En 2018, publicaron un estudio en el que demostraron que, con un arreglo específico de cristales, la fibra de carbono podía cumplir esta función.
Desafíos y avances en el diseño de la batería
El nuevo diseño de batería tiene una densidad energética de 30 Wh/kg. Aunque esta cifra puede parecer baja en comparación con los estándares automotrices actuales —por ejemplo, la batería de 53 kWh del Hyundai Ioniq 6 tiene una densidad energética de 153 Wh/kg—, el factor diferenciador es que la batería estructural de fibra de carbono reemplaza todo el chasis del vehículo. Esto permite reducir considerablemente el peso total del coche, lo que podría compensar su menor densidad energética.
Este enfoque brinda a los fabricantes de vehículos y dispositivos la flexibilidad de optar por productos mucho más ligeros o de usar el espacio liberado para añadir más celdas y aumentar aún más la capacidad de almacenamiento de energía. Los resultados podrían ser revolucionarios en la práctica. Según el profesor Asp, «hemos realizado cálculos que muestran que los coches eléctricos podrían recorrer hasta un 70% más si utilizaran baterías estructurales competitivas».
El prototipo más reciente del equipo es casi tres veces más rígido que versiones anteriores, con un módulo elástico de 70 gigapascales, frente a los 25 gigapascales de antes. Esta mejora significa que ahora es tan rígido y capaz de soportar cargas como el aluminio, pero con un peso significativamente menor.
¿Qué hay en su interior?
El diseño de esta batería utiliza fibra de carbono tanto en el ánodo como en el cátodo, lo que también le permite funcionar como material de refuerzo y colector de corriente. Esto elimina la necesidad de utilizar colectores de corriente hechos de materiales pesados como el cobre, además de evitar el uso de metales conflictivos como el cobalto en el diseño de los electrodos.
Además, esta batería emplea un electrolito semisólido en lugar de uno líquido para mover los iones de litio entre sus terminales. Esto la hace menos inflamable y más segura de usar, aunque los investigadores admiten que aún hay desafíos para lograr que los iones se muevan a través del electrolito lo suficientemente rápido para aplicaciones de alta potencia. Se necesita más investigación en este aspecto.
Aunque este es otro prototipo de laboratorio, y aún faltan varios años para que estos vehículos eléctricos y dispositivos de próxima generación lleguen al mercado, la producción en masa y la comercialización ya están en marcha. En 2022, la universidad se asoció con la firma de capital riesgo Chalmers Ventures para crear una nueva empresa llamada Sinonus, cuyo objetivo es comercializar esta tecnología de almacenamiento de energía sin masa.
Aplicaciones futuras
El profesor Asp sugiere que los teléfonos móviles delgados como tarjetas de crédito o los portátiles que pesan la mitad de lo que pesan hoy en día podrían ser las primeras aplicaciones prácticas de esta tecnología. También es posible que componentes electrónicos en coches o aviones funcionen con baterías estructurales.
Aunque se necesitarán grandes inversiones para satisfacer las desafiantes necesidades energéticas de la industria del transporte, este es precisamente el sector donde la tecnología podría tener un mayor impacto.
Además de su potencial en vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos, la tecnología también podría aplicarse en otros campos. Por ejemplo, podría revolucionar el diseño de las aspas de los aerogeneradores, mejorando tanto su eficiencia como su durabilidad, contribuyendo así al desarrollo de energías renovables más sostenibles. Este tipo de innovaciones representan un paso importante hacia una industria más ecológica y hacia la reducción de nuestra dependencia de combustibles fósiles.
Las baterías estructurales de fibra de carbono abren nuevas posibilidades en la construcción de dispositivos y vehículos más ligeros, eficientes y sostenibles, impulsando el futuro de las energías renovables y la sostenibilidad.
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