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Ultracaps podría impulsar la eficiencia híbrida
Los dispositivos de almacenamiento de energía llamados ultracondensadores podrían reducir el costo de los paquetes de baterías en los vehículos híbridos enchufables en cientos o incluso miles de dólares al reducir el tamaño de los paquetes a la mitad, según estimaciones de investigadores de Laboratorio Nacional Argonne en Argonne, IL. Los ultracondensadores también podrían mejorar drásticamente la eficiencia de otra clase de vehículo híbrido que utiliza pequeños motores eléctricos, llamados microhíbridos, según un estudio reciente de la Universidad de California en Davis.
Poder robusto: Este ultracondensador se utiliza para capturar energía de los frenos en autobuses híbridos. Pronto podrían usarse dispositivos similares para reducir el costo de los automóviles híbridos.
El uso de ultracondensadores en híbridos no es una idea nueva. Pero la caída del costo de fabricar estos dispositivos y las mejoras en los componentes electrónicos necesarios para regular su salida de energía y coordinar su interacción con las baterías pronto podrían hacerlos más prácticos, dice Theodore Bohn, investigador de la instalación de investigación avanzada del tren motriz de Argonne.
Aunque las baterías han mejorado significativamente en los últimos años, el costo de fabricación es la principal razón por la que los híbridos cuestan miles de dólares más que los vehículos convencionales. Esto es especialmente cierto en el caso de los híbridos enchufables, que dependen de grandes paquetes de baterías para suministrar toda o la mayor parte de la energía durante los viajes cortos. Los paquetes de baterías son costosos en parte porque se degradan con el tiempo y, para compensar esto, los fabricantes de automóviles los sobredimensionan para asegurarse de que puedan proporcionar suficiente energía incluso después de 10 años de uso en un vehículo.
Los ultracondensadores ofrecen una forma de extender la vida útil de la fuente de energía de un vehículo híbrido, reduciendo la necesidad de sobredimensionar sus paquetes de baterías. A diferencia de las baterías, los ultracondensadores no dependen de reacciones químicas para almacenar energía y no se degradan significativamente durante la vida útil de un automóvil, incluso cuando se cargan y descargan en ráfagas muy intensas que pueden dañar las baterías. El inconveniente es que almacenan mucha menos energía que las baterías, por lo general, un orden de magnitud menor. Sin embargo, si los ultracondensadores se emparejaran con baterías, podrían proteger las baterías de ráfagas intensas de energía, dice Bohn, como las necesarias para la aceleración, extendiendo así la vida útil de las baterías. Los ultracondensadores también podrían garantizar que el automóvil pueda acelerar tan bien al final de su vida útil como al principio.
Reducir el tamaño de la batería de un vehículo en un 25 por ciento podría ahorrar alrededor de $ 2,500, estima Bohn. Los ultracondensadores y la electrónica necesarios para coordinarlos con las baterías podrían costar entre $ 500 y $ 1,000, lo que se traduce en un ahorro neto de cientos de dólares.
Los ultracondensadores también permitirían rediseñar las baterías para que retengan más energía. Por lo general, existe una compensación entre la rapidez con la que se pueden cargar y descargar las baterías y la cantidad total de energía que pueden almacenar. Eso es cierto en parte porque diseñar una batería para que se descargue rápidamente requiere el uso de electrodos muy delgados apilados en muchas capas. Cada capa debe estar separada por materiales de soporte que ocupan espacio en la batería pero no almacenan energía. Cuantas más capas se utilicen, más materiales de soporte se necesitan y menos energía se puede almacenar en la batería. Junto con ultracondensadores, las baterías no necesitarían entregar ráfagas de energía y, por lo tanto, podrían fabricarse con solo unas pocas capas de electrodos muy gruesos, reduciendo la cantidad de material de soporte necesario. Eso podría hacer posible almacenar el doble de energía en el mismo espacio, dice Bohn.
Los ultracondensadores también podrían ser útiles en un tipo muy diferente de vehículo híbrido llamado microhíbrido, dice Andrew Burke , ingeniero investigador del Instituto de Estudios de Transporte de UC Davis. Tal como se diseñaron hoy, estos vehículos utilizan pequeños motores eléctricos y baterías para aumentar un motor de gasolina, lo que permite que el motor se apague cada vez que el automóvil se detiene y se reinicia cuando el conductor pisa el acelerador. Las baterías de un microhíbrido también pueden capturar una pequeña parte de la energía que normalmente se desperdicia en forma de calor durante el frenado. Debido a que los ultracondensadores pueden cargarse y descargarse rápidamente sin dañarse, sería posible diseñar microhíbridos para hacer un uso mucho mayor de un motor eléctrico, proporcionando breves ráfagas de potencia siempre que sea necesario para la aceleración. También podrían recolectar más energía al frenar. Según las simulaciones por computadora realizadas por Burke, tal sistema mejoraría la eficiencia de un motor convencional en un 40 por ciento durante la conducción en ciudad. Los microhíbridos convencionales solo mejoran la eficiencia entre un 10 y un 20 por ciento.
Tanto en híbridos enchufables como en microhíbridos, los ultracondensadores ofrecerían un mejor rendimiento en climas fríos, ya que no dependen de reacciones químicas que se ralentizan en el frío. En climas muy fríos, tienes que calentar la batería o no puedes conducir muy rápido, tendrás una aceleración muy baja, dice Bohn. Por el contrario, los ultracondensadores podrían proporcionar una aceleración rápida incluso en temperaturas frías.
Mark Verbrugge, director del laboratorio de materiales y procesos de GM, dice que de los dos usos de los ultracondensadores, será más fácil usarlos en microhíbridos. En este caso, dice, los ultracondensadores simplemente reemplazarían las baterías, ya que almacenan suficiente energía para aumentar el motor de gasolina sin la ayuda de baterías. En los híbridos enchufables, que requieren mucha más energía, los ultracondensadores deberían estar emparejados con baterías, y esto requeriría una electrónica compleja para coordinarse entre los dos dispositivos de almacenamiento de energía. En general, nunca desea agregar piezas a un automóvil, dice. Quiere el sistema más simple posible para que haya menos cosas que puedan salir mal.
Para que los ultracondensadores sean prácticos en microhíbridos, dice Verbrugge, el costo de fabricarlos tiene que reducirse aproximadamente a la mitad, lo que puede ser posible porque muchas partes del proceso de fabricación de grandes ultracondensadores aún no están automatizadas. Pero para justificar la complejidad adicional de los híbridos enchufables, dice, todo el sistema tendría que costar significativamente menos que usar solo baterías.
Los investigadores de Argonne ya han tomado medidas para demostrar que los ultracondensadores pueden proporcionar estos ahorros, habiendo demostrado que reducen en un tercio el estrés por calor que sufren las baterías. Continúan probando ultracondensadores para demostrar que pueden hacer que las baterías duren más, lo que permitiría a los fabricantes de automóviles usar baterías más pequeñas y ahorrar dinero.