El supercondensador-batería de fibra de carbono para coches eléctricos

Este ‘traje especial’ está hecho de material compuesto de carbono en capas. Y funciona como un dispositivo híbrido de supercondensador-batería que almacena energía gracias a su diseño único a nivel de nanoescala.

Según los investigadores, podría tener aplicaciones en una gama de tecnologías que requieren fuentes ligeras de energía, desde vehículos eléctricos hasta naves espaciales, aviones, drones, dispositivos portátiles y tecnología portátil.

«El material compuesto del supercondensador obtendría su energía a través de la carga, como una batería, así como cuando el automóvil frena»

«Nuestra idea es usar las cáscaras del cuerpo para almacenar energía que complemente la almacenada en las baterías», dice el coautor del estudio Jayan Thomas, líder del equipo y profesor en el Centro de Tecnología de Nanociencia de la UCF y el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

«La ventaja es que este compuesto puede reducir el peso de un automóvil y aumentar los kilómetros por carga», dice. «Es tan fuerte o incluso más fuerte que el acero, pero mucho más ligero».

Cómo se fabrica

Para construir el material, los investigadores crearon capas de fibra de carbono cargadas positiva y negativamente, que cuando se apilan y se unen en un patrón alterno, crean un compuesto fuerte que almacena energía.

Las láminas de grafeno a nanoescala unidas en las capas de fibra de carbono permiten una mayor capacidad de almacenamiento de carga, mientras que los óxidos metálicos depositados en los electrodos conectados mejoran el voltaje y proporcionan una mayor densidad de energía.

Esto proporciona al híbrido supercondensador-batería su capacidad de almacenamiento de energía sin precedentes y su ciclo de vida de carga.

Un 25% más de autonomía

El material de almacenamiento de energía, cuando se usa como carcasa de la carrocería de un automóvil, cuenta con potencial para aumentar el alcance de un automóvil eléctrico en un 25%, lo que significa que un vehículo de 320 km. por carga podría recorrer 80 kilómetros adicionales y reducir su peso total.

Actuando como supercondensador, también aumentaría la potencia de un automóvil eléctrico, dándole el impulso adicional que necesita para pasar de 0 a 100 km/h en 3 segundos.

«Esta aplicación, así como muchas otras, podría estar en el horizonte algún día a medida que la tecnología avance en su nivel de preparación», dice Luke Roberson, coautor del estudio e investigador principal principal de investigación y desarrollo en el Centro Espacial Kennedy de la NASA.

«En los automóviles, el material compuesto del supercondensador obtendría su energía a través de la carga, como una batería, así como cuando el automóvil frena», dice Thomas. «Su vida útil del ciclo de carga-descarga es 10 veces más larga que la batería de un automóvil eléctrico».

No es tóxico y no se inflama

Además, los materiales utilizados son respetuosos con el medio ambiente en el sentido de que no son tóxicos ni inflamables, lo cual es muy importante para la seguridad de los pasajeros en caso de accidente. «Esta es una gran mejora con respecto a los enfoques anteriores que han sufrido problemas con material tóxico, electrolitos orgánicos inflamables, ciclos de vida bajos o bajo rendimiento», dice Thomas.

Debido a su diseño único que utiliza múltiples capas de fibra de carbono, el material tiene una resistencia significativa al impacto y a la flexión, esencial para resistir una colisión automática, así como una resistencia a la tracción significativa.

Así funciona el método que está desarrollando la UCF.

«Ahora en los coches eléctricos, la batería es del 30% al 40% del peso», dice Kowsik Sambath Kumar, coautor del estudio. «Con este compuesto de almacenamiento de energía, podemos obtener un kilometraje adicional sin aumentar el peso de la batería, lo que reduce aún más el peso del vehículo, al tiempo que mantiene una alta resistencia a la tracción, la flexión y el impacto. Cada vez que disminuyes ese peso, puedes aumentar el alcance, por lo que esto tiene enormes aplicaciones en automóviles eléctricos y aviación».

La tecnología se encuentra actualmente en un nivel de preparación tecnológica de 5, lo que significa que ha sido probada en un entorno relevante antes de pasar a ser probada en un entorno real, como en un vuelo espacial, que sería una prueba de nivel 6.

Para pasar el último nivel de pruebas, el nivel 9, y llegar al entorno comercial, se requerirá un mayor desarrollo y pruebas centradas en aplicaciones comerciales».

Fuente: UCF