Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han producido una batería estructural que funciona diez veces mejor que todas las versiones anteriores. Contiene fibra de carbono que sirve simultáneamente como electrodo, conductor y material de carga. Su último avance en investigación allana el camino paraalmacenamiento 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 soporte de carga. Una batería estructural, en cambio, es aquella que funciona como fuente de energía y como parte de la estructura.- por ejemplo, en la carrocería de un automóvil. Esto se denomina almacenamiento de energía "sin masa" porque, en esencia, el peso de la batería desaparece cuando se convierte en parte de la estructura de carga. Los cálculos muestran que este tipo de batería multifuncional podría reducir considerablemente el pesode un vehículo eléctrico.
El desarrollo de baterías estructurales en la Universidad Tecnológica de Chalmers ha avanzado a través de muchos años de investigación, incluidos descubrimientos previos que involucran ciertos tipos de fibra de carbono. Además de ser rígidas y fuertes, también tienen una buena capacidad para almacenar energía eléctrica químicamente.Este trabajo fue nombrado por Physics World como uno de los diez mayores avances científicos de 2018.
El primer intento de hacer una batería estructural se hizo ya en 2007, pero hasta ahora ha resultado difícil fabricar baterías con buenas propiedades eléctricas y mecánicas. Pero ahora el desarrollo ha dado un paso adelante real, con investigadores de Chalmers, en colaboración con KTH Royal Institute of Technology de Estocolmo, presentando 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 a los prototipos de baterías estructurales anteriores.
La batería tiene una densidad de energía de 24 Wh / kg, lo que significa aproximadamente un 20 por ciento de capacidad en comparación con las baterías de iones de litio comparables actualmente disponibles. Pero dado que el peso de los vehículos se puede reducir en gran medida, se necesitará menos energía para conducir un motor eléctrico.automóvil, por ejemplo, y una menor densidad de energía también dan como resultado una mayor seguridad. Y con una rigidez de 25 GPa, la batería estructural realmente puede competir 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 buenas propiedades eléctricas. Pero aquí, utilizando fibra de carbono, hemos logrado diseñar una batería estructural con una capacidad de almacenamiento de energía competitiva y rigidez", explicaLeif Asp, profesor de Chalmers y líder del proyecto.
Las bicicletas eléctricas superligeras y la electrónica de consumo pronto podrían ser una realidad
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 electrolitos. A pesar de su éxito en la creación de una batería estructuraldiez veces mejor que todos los anteriores, los investigadores no eligieron los materiales para intentar batir récords; más bien, 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 Sueca, en el que el rendimiento de la batería estructural se incrementará aún más. El papel de aluminio se sustituirá por fibra de carbono como material de carga en el positivoelectrodo, proporcionando una mayor rigidez y densidad de energía. El separador de fibra de vidrio será reemplazado por una variante ultradelgada, que dará un efecto mucho mayor, así como ciclos de carga más rápidos. Se espera que el nuevo proyecto se complete en dos años.
Leif Asp, quien también lidera este proyecto, estima que una batería de este tipo podría alcanzar una densidad de energía de 75 Wh / kg y una rigidez de 75 GPa. Esto haría que la batería sea tan fuerte como el aluminio, pero con unamenor peso.
"La batería estructural de próxima generación tiene un potencial fantástico. Si nos fijamos en la tecnología de consumo, en unos pocos años podría ser muy posible fabricar teléfonos inteligentes, computadoras portátiles o bicicletas eléctricas que pesen la mitad de lo que pesan hoy y son 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 y funcionen con baterías estructurales.
"Aquí solo estamos limitados por nuestra imaginación. Hemos recibido mucha atención de muchos tipos diferentes de empresas en relación con la publicación de nuestros artículos científicos en el campo. Es comprensible que haya un gran interés en estos artículos ligeros, materiales multifuncionales ", dice Leif Asp.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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