Te imaginas una batería que forme parte de la estructura del vehículo eléctrico y que apenas tenga masa. El peso del vehículo sería muy inferior lo que conlleva un menor consumo del mismo. Veamos de que trata ésto de la batería sin masa.
Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han desarrollado una batería estructural que resulta ser 10 veces mejor que sus versiones anteriores. Esta batería contiene fibra de carbono que actúa como un electrodo, un conductor y un material de carga al mismo tiempo. Esta batería se está preparando para el almacenamiento de energía, sin usar masa en vehículos y otros avances tecnológicos.
Esta batería no es invisible, pero aún existe sin masa. Esta batería tiene una densidad de energía de 24W por hora por kilogramo, que es aproximadamente el 20% de la capacidad de baterías de iones de litio. Esto significa que los vehículos eléctricos requerirán menos energía para funcionar, lo que resulta en una mayor seguridad. Si los investigadores logran lograr un avance en esta dirección, podría haber un cambio significativo en la forma en que almacenamos energía en teléfonos, aviones, automóviles y otros dispositivos que usan baterías.
En la actualidad, las baterías de los vehículos eléctricos ocupan una gran parte del peso total sin estar relacionadas con el soporte. Esto significa que los fabricantes de dichos vehículos deben alcanzar el balance correcto entre el peso del coche y la autonomía. Una batería más ligera significa menos energía necesaria para mover el vehículo, pero también una menor autonomía.
Por otro lado, las baterías estructurales funcionan como almacenamiento de energía y al mismo tiempo son parte de la estructura del automóvil. Esto significa que el peso de la batería esencialmente disminuye al convertirla en parte de la estructura de soporte. Por ejemplo, el alimento se convierte en parte de nuestro cuerpo y pierde su masa, al mismo tiempo nos ayuda a realizar nuestras tareas diarias. Para que los vehículos eléctricos sean más eficientes, se necesita un mejor almacenamiento de energía, manteniendo o reduciendo el peso total.
Los investigadores de Chalmers, junto con el KTH Royal Institute of Technology de Estocolmo, han desarrollado una batería estructural con propiedades que van mucho más allá de lo visto hasta ahora en términos de almacenamiento de energía, dureza y resistencia. Esta batería está hecha de papel de aluminio recubierto con fosfato de hierro y litio como eléctrodo positivo y fibra de carbono como eléctrodo negativo. La fibra de carbono también sirve para almacenar energía, lo que reduce la cantidad de cobre o plata necesarios para conducir electrones, lo que resulta en una pérdida de peso significativa.
El aluminio y el carbono contribuyen a las propiedades mecánicas de la batería. La fibra de vidrio, en la matriz del electrolito estructural, separa los dos materiales de los electrodos. El medio electrolítico lleva iones de litio entre los electrodos y transfiere cargas mecánicas entre la fibra de carbono y otras partes de la batería. Esta batería de 24 vatios hora por kilogramo tiene un 20% de su capacidad en comparación con los iones de litio disponibles en la actualidad.
La reducción del peso del vehículo significa que se requiere menos energía para conducir un automóvil eléctrico, lo que también contribuye a mayor seguridad. Además, su rigidez de 25 gigapascales es comparable a la de muchos otros materiales de construcción. Tesla presentó la nueva batería 4680 y su arquitectura de batería construida alrededor de la batería estructural de celda A. Esta batería se ha desarrollado para funcionar como una estructura para la carrocería del automóvil. Esto ayuda a reducir las piezas y la masa total de la batería, lo que resulta en una mayor autonomía del vehículo. Estimaciones de Tesla muestran que el uso de baterías estructurales puede reducir el peso total del vehículo en un 10% y aumentar la autonomía en un 14%.
El desarrollo de un nuevo producto financiado por la Agencia Espacial Nacional Sueca está en camino para mejorar la eficiencia de las baterías estructurales. Esto implica el reemplazo del aluminio presente en el electrodo positivo por fibra de carbono, asegurando mayor resistencia y mayor densidad de energía. Las versiones delgadas de divisores de vidrio también ofrecen un mayor impacto, al igual que ciclos de carga más rápidos.
Se estima que el proyecto esté completado en dos años. Leif Asp, el líder del proyecto, cree que el nuevo producto alcanzará una densidad de energía de 75W por kilogramo y una resistencia de 75GPa, haciendo que sea tan fuerte como el aluminio pero con una masa menor. Con esto, en los próximos años se podrán fabricar computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y bicicletas eléctricas con la mitad de su peso y mayor compactibilidad.
La batería del Tesla Model S, que representa el 25% del peso del automóvil, pronto podría tener una buena alternativa. Mientras tanto, la batería de Chalmers todavía no está en producción, pero muestra una gran promesa de ahorro de peso. Así que, ¿cuándo veremos estas baterías estructurales en el mercado? Se espera que el Cybertruck y el Modelo Y de Texas lancen las celdas 4680. Esta tecnología con enorme potencial no debe ser pasada por alto.
