Nano-supercondensadores para coches eléctricos

Nano-supercondensadores para coches eléctricos

De los 43 millones de automóviles que circulan por las carreteras de Alemania, solo 8000 son de propulsión eléctrica. Los principales factores que desalientan a los automovilistas en Alemania a cambiar a vehículos eléctricos son el alto costo de las inversiones, sus cortos rangos de manejo y la falta de estaciones de carga. Otro obstáculo importante en el camino hacia la aceptación masiva de los autos eléctricos es el tiempo de carga involucrado. Los minutos necesarios para repostar coches convencionales son tantos pliegues más cortos que hacen que la situación sea casi incomparable. Sin embargo, la duración de la carga podría acortarse drásticamente con la inclusión de supercondensadores. Estos los dispositivos de almacenamiento de energía alternativa son de carga rápida y, por lo tanto, puede respaldar mejor el uso de energía económica en automóviles eléctricos. Tomando como ejemplo los vehículos tradicionales a gasolina, la acción de frenar convierte la energía cinética en calor que se disipa y no se utiliza. Por el contrario, los generadores de los vehículos eléctricos pueden aprovechar la energía cinética convirtiéndola en electricidad para su uso posterior. Esta electricidad a menudo viene en sacudidas y requiere dispositivos de almacenamiento que puedan soportar una gran cantidad de entrada de energía en un corto período de tiempo. En este ejemplo, los supercondensadores con su capacidad para capturar y almacenar esta energía convertida en un instante encajan completamente en la imagen. A diferencia de las baterías que ofrecen tasas de carga/descarga limitadas, los supercondensadores requieren solo unos segundos para cargarse y pueden devolver la energía eléctrica a los sistemas de aire acondicionado, desempañador, radio, etc., según sea necesario.

Los dispositivos de almacenamiento rápido de energía se distinguen por sus características de densidad de energía y potencia, es decir, la cantidad de energía eléctrica que el dispositivo puede entregar con respecto a su masa y en un período de tiempo determinado. Se sabe que los supercondensadores poseen una alta densidad de potencia. , mediante el cual se pueden proporcionar o capturar grandes cantidades de energía eléctrica en un corto período de tiempo, aunque a una deficiencia de baja densidad de energía . La cantidad de energía que pueden almacenar los supercondensadores es generalmente alrededor del 10% de la de las baterías electroquímicas (cuando se comparan los dos dispositivos del mismo peso). Aquí es precisamente donde radica el desafío y lo que el proyecto “ElectroGraph” intenta abordar. ElectroGraph es un proyecto apoyado por la UE y su consorcio está formado por diez socios de institutos de investigación e industrias. . Una de las tareas principales de este proyecto es desarrollar nuevos tipos de supercondensadores con capacidades de almacenamiento de energía significativamente mejoradas. A medida que el proyecto se acerca a su fase de cierre en julio, el coordinador del proyecto en el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA en Stuttgart, Carsten Glanz, explicó el concepto y el enfoque adoptado en el camino hacia su conclusión exitosa: “Durante el proceso de almacenamiento, la energía eléctrica se almacenados como partículas cargadas adheridas al material del electrodo”. “Entonces, para almacenar más energía de manera eficiente, diseñamos electrodos livianos con superficies utilizables más grandes”.

Los electrodos de grafeno mejoran significativamente la eficiencia energética

En numerosas pruebas, el investigador y su equipo investigaron la grafeno nanomaterial , cuyo alta superficie específica de hasta 2.600 m2/g y alta conductividad eléctrica parece obvio para su uso como material de electrodo. Consiste en una red monocapa ultrafina hecha de átomos de carbono. Cuando se utiliza como material de electrodo, aumenta considerablemente el área de superficie con la misma cantidad de material. En este aspecto, el grafeno está mostrando su potencial para sustituir al carbón activado, el material que se ha utilizado hasta la fecha en los supercondensadores comerciales, que tiene una superficie específica de entre 1000 y 1800 m2/g.

El espacio entre los electrodos se llena con un electrolito líquido. ”, reveló Glanz. “Usamos líquidos iónicos para este propósito. Los electrodos a base de grafeno junto con los electrolitos líquidos iónicos presentan una combinación de materiales mejorada en la que podemos operar a voltajes más altos”. “Al organizar las capas de grafeno de manera que haya un espacio entre las capas individuales, los investigadores pudieron establecer un método de fabricación que utiliza de manera eficiente el área superficial intrínseca disponible de este nanomaterial. Esto evita que las capas de grafeno individuales se vuelvan a apilar en grafito, lo que reduciría la superficie de almacenamiento y, en consecuencia, la cantidad de capacidad de almacenamiento de energía. “ Nuestros electrodos ya han superado a uno comercialmente disponible en un 75 por ciento en términos de capacidad de almacenamiento. ”, enfatiza el ingeniero. “Imagino que los coches del futuro tendrán una batería conectada a muchos condensadores repartidos por todo el vehículo, que se harán cargo del suministro de energía durante las fases de alta demanda de energía durante la aceleración, por ejemplo, y el arranque del sistema de aire acondicionado. Estos condensadores aliviarán la carga de la batería y cubrirán los picos de tensión al arrancar el coche. Como resultado, se puede reducir el tamaño de las baterías masivas”.



Para presentar la nueva tecnología, el consorcio ElectroGraph desarrolló un demostrador compuesto por supercondensadores instalados en el espejo retrovisor de un automóvil y cargados por una celda solar en un sistema energéticamente autosuficiente. El demostrador se ha presentado a finales de mayo durante el taller de difusión en Fraunhofer IPA.