Gran avance en el almacenamiento de energía "sin masa

"La próxima generación de baterías estructurales tiene un potencial fantástico"

23.03.2021 - Suecia

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han fabricado una batería estructural que rinde diez veces más que todas las versiones anteriores. Contiene fibra de carbono que sirve simultáneamente de electrodo, conductor y material de carga. Su último avance de investigación allana el camino para el almacenamiento de energía esencialmente "sin masa" en vehículos y otras tecnologías.

Las baterías de los coches eléctricos actuales constituyen una gran parte del peso de los vehículos, sin cumplir ninguna función de carga. Una batería estructural, en cambio, es la que funciona como fuente de energía y como parte de la estructura, por ejemplo, en la carrocería de un coche. Esto se denomina almacenamiento de energía "sin masa", porque en esencia el peso de la batería desaparece cuando pasa a formar parte de la estructura de carga. Los cálculos muestran que este tipo de batería multifuncional podría reducir considerablemente el peso de un vehículo eléctrico.

El desarrollo de baterías estructurales en la Universidad Tecnológica de Chalmers se ha llevado a cabo a lo largo de muchos años de investigación, incluyendo descubrimientos anteriores relacionados con ciertos tipos de fibra de carbono. Además de ser rígidas y resistentes, también tienen una buena capacidad para almacenar energía eléctrica de forma química. Este trabajo fue nombrado por Physics World como uno de los diez mayores avances científicos de 2018.

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El primer intento de fabricar una batería estructural se hizo ya en 2007, pero hasta ahora había resultado difícil fabricar baterías con buenas propiedades eléctricas y mecánicas. Pero ahora el desarrollo ha dado un verdadero paso adelante, ya que los investigadores de Chalmers, en colaboración con el KTH Royal Institute of Technology de Estocolmo, han presentado una batería estructural con propiedades que superan con creces todo lo visto hasta ahora, en términos de almacenamiento de energía eléctrica, rigidez y resistencia. Su rendimiento multifuncional es diez veces superior al de anteriores prototipos de baterías estructurales.

La batería tiene una densidad de energía de 24 Wh/kg, lo que significa aproximadamente un 20% de capacidad en comparación con las baterías de iones de litio comparables disponibles en la actualidad. Como el peso de los vehículos puede reducirse en gran medida, se necesitará menos energía para conducir un coche eléctrico, por ejemplo, y la menor densidad de energía también se traduce en una mayor seguridad. Y con una rigidez de 25 GPa, la batería estructural puede competir realmente con muchos otros materiales de construcción de uso común.

"Los intentos anteriores de fabricar baterías estructurales han dado como resultado celdas con buenas propiedades mecánicas o eléctricas. Pero aquí, utilizando fibra de carbono, hemos conseguido diseñar una batería estructural con una capacidad de almacenamiento de energía y una rigidez competitivas", explica Leif Asp, profesor de Chalmers y director del proyecto.

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La nueva batería tiene un electrodo negativo de fibra de carbono y un electrodo positivo de una lámina de aluminio recubierta de fosfato de hierro y litio. Están separados por un tejido de fibra de vidrio, en una matriz de electrolito. A pesar de su éxito en la creación de una batería estructural diez veces mejor que todas las anteriores, los investigadores no eligieron los materiales para intentar batir récords, sino que querían investigar y comprender los efectos de la arquitectura del material y el grosor del separador.

Ahora está en marcha un nuevo proyecto, financiado por la Agencia Espacial Nacional de Suecia, en el que se aumentará aún más el rendimiento de la batería estructural. La lámina de aluminio se sustituirá por fibra de carbono como material de carga en el electrodo positivo, lo que proporcionará una mayor rigidez y densidad energética. El separador de fibra de vidrio se sustituirá por una variante ultradelgada, que proporcionará un efecto mucho mayor, así como ciclos de carga más rápidos. Se espera que el nuevo proyecto esté terminado en dos años.

Leif Asp, que también dirige este proyecto, calcula que una batería de este tipo podría alcanzar una densidad energética de 75 Wh/kg y una rigidez de 75 GPa. Esto haría que la batería fuera tan resistente como el aluminio, pero con un peso comparativamente mucho menor.

"La próxima generación de baterías estructurales tiene un potencial fantástico. Si nos fijamos en la tecnología de consumo, dentro de unos años podría ser posible fabricar teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles o bicicletas eléctricas que pesen la mitad que las actuales y sean mucho más compactas", dice Leif Asp.

Y a largo plazo, es absolutamente concebible que los coches eléctricos, los aviones eléctricos y los satélites se diseñen con baterías estructurales y se alimenten de ellas.

"En realidad, sólo estamos limitados por nuestra imaginación. Hemos recibido mucha atención de muchos tipos de empresas en relación con la publicación de nuestros artículos científicos en este campo. Es comprensible que haya un gran interés por estos materiales ligeros y multifuncionales", afirma Leif Asp.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.