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Ultracondensadores para aumentar la gama de automóviles eléctricos
Una startup llamada Nanotune dice que su tecnología de ultracondensadores podría abaratar los coches eléctricos y ampliar su alcance. La compañía, con sede en Mountain View, California, ha desarrollado una forma de fabricar electrodos que da como resultado ultracondensadores con cinco a siete veces más capacidad de almacenamiento que los convencionales.
Esponja energética: Una micrografía muestra la estructura porosa de un nuevo material de electrodo que ayuda a aumentar la capacidad de almacenamiento de los ultracondensadores.
Los ultracondensadores convencionales, que tienen la ventaja de ofrecer ráfagas rápidas de energía y pueden recargarse cientos de miles de veces sin perder mucha capacidad, son demasiado costosos y almacenan muy poca energía para reemplazar las baterías.
Nanotune, sin embargo, que ha recaudado $ 3 millones de la firma de capital de riesgo Draper Fisher Jurvetson, dice que sus ultracondensadores están cerca de competir con las baterías en términos de almacenamiento de energía y pronto podrían superarlos. Usando un electrolito convencional, la compañía ha demostrado un almacenamiento de energía de 20 vatios-hora por kilogramo, en contraposición a aproximadamente cinco vatios-hora de un ultracondensador convencional. Utilizando un electrolito líquido iónico más caro, ha fabricado ultracondensadores que almacenan 35 vatios-hora por kilogramo. Para fin de año, la compañía espera duplicar aproximadamente esta capacidad de almacenamiento, dice el CEO de Nanotune, Kuan-Tsae Huang. A 40 vatios-hora por kilogramo, los ultracondensadores serían una mejora con respecto a las baterías utilizadas en algunos vehículos híbridos.
En los últimos meses, varias empresas emergentes han anunciado que están utilizando nanotecnología para fabricar mejores ultracondensadores. Cada uno espera ayudar a resolver uno de los mayores problemas con los autos eléctricos en la actualidad: el alto costo de sus baterías y la limitada capacidad de almacenamiento. Nissan, por ejemplo, para hacer asequible su Leaf eléctrico, tuvo que limitar el tamaño del paquete de baterías, lo que resultó en una autonomía de solo 73 millas.
Parte de la razón por la que los sistemas de baterías son tan caros y voluminosos es que las baterías se degradan a medida que se usan, especialmente cuando se exponen a temperaturas extremas, por lo que los fabricantes de automóviles a menudo los aumentan con sistemas de refrigeración y calefacción, y agregan celdas de batería adicionales para compensar las pérdidas de rendimiento. tiempo extraordinario. Los ultracondensadores podrían evitar este problema, ya que pueden recargarse sin degradarse y pueden funcionar bien en una amplia gama de temperaturas.
Eventualmente, dice Huang, puede ser posible fabricar ultracondensadores que almacenen 500 vatios-hora por kilogramo, alrededor de tres a cuatro veces más que las baterías de iones de litio que se usan en los automóviles hoy en día. El beneficio práctico podría ser aún mayor. Los automóviles a menudo están diseñados para usar solo la mitad de la capacidad de almacenamiento de sus baterías, para evitar que se degraden. Pero se puede utilizar casi toda la capacidad de almacenamiento de un ultracondensador.
La tecnología de Nanotune es muy cara ahora, entre $ 2,400 y $ 6,000 por kilovatio-hora. (El Departamento de Energía ha propuesto una meta de $ 250 por kilovatio-hora para hacer que los vehículos eléctricos sean competitivos con los convencionales). Nanotune dice, sin embargo, que sus costos podrían bajar a menos de $ 150 por kilovatio-hora si los precios de algunos los materiales, como los electrolitos, continúan cayendo y, a medida que aumenta la producción, se amplía.
Las proyecciones de almacenamiento de energía de la empresa se basan en varios avances en los que está trabajando. Nanotune está fabricando electrodos con poros que miden entre 4 y 5 nanómetros de ancho, pero dice que puede hacerlos más pequeños (la alta porosidad conduce a un área de superficie alta, lo que hace posible almacenar una gran cantidad de carga) y ajustarlos para que coincidan las necesidades de los diferentes electrolitos: los materiales conductores de iones en los que están sumergidos los electrodos.
La compañía también está estudiando el uso de líquidos iónicos en lugar de electrolitos orgánicos convencionales. Estos aumentan el voltaje del sistema, aumentando enormemente el almacenamiento de energía, pero por lo general no son compatibles con los electrodos de ultracondensadores convencionales. Finalmente, la compañía espera hacer uso de hallazgos académicos recientes que sugieren que agregar pequeñas cantidades de rutenio a los ultracondensadores puede aumentar el almacenamiento de energía.
Nanotune no es la primera empresa en afirmar que puede fabricar ultracondensadores con un almacenamiento de energía muy alto. A otros les ha resultado difícil cumplir esta promesa. El aumento de la superficie puede mejorar la capacidad de almacenamiento solo hasta cierto punto, ya que en algún punto el almacenamiento está limitado por los iones en el electrolito. Los líquidos iónicos ayudan con esto, pero tienen deficiencias importantes, dice Joel Schindall , profesor de ingeniería eléctrica e informática en el MIT. (Una empresa llamada Sistemas FastCap , que está desarrollando ultracondensadores utilizando nanotubos de carbono, salió de su laboratorio). Son muy costosos, por un lado, y algunos funcionan bien solo en un rango de temperatura limitado, lo que los hace poco prácticos para los automóviles.
Schindall dice, sin embargo, que Nanotune puede no alcanzar sus objetivos energéticos muy altos y aún así mejorar la competitividad de los vehículos eléctricos y los híbridos. Dada la durabilidad de los ultracondensadores, incluso lograr un almacenamiento de energía de 100 vatios-hora por kilogramo, cercano al de las baterías de iones de litio, sería fantástico.