Compuestos para baterías estructurales

Uno de los problemas que enfrentan los ingenieros que desarrollan vehículos eléctricos (EV) es la masa de baterías necesaria para proporcionar energía a los motores. Las baterías son pesadas. Esto significa que para obtener rango, una de las características más requeridas para un EV, debe haber suficiente capacidad de batería ... pero esto se convierte en una especie de círculo vicioso, ya que más batería significa más masa y más masa significa rango reducido.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia han desarrollado una batería que podría ser una solución a este problema, ya que no solo almacena energía (24 vatios-hora por kilogramo), sino que proporciona soporte estructural, ya que tiene una rigidez de 25 GPa.

Leif Asp, profesor de Chalmers y líder del proyecto de investigación, que se lleva a cabo en colaboración con el KTH Royal Institute of Technology (Estocolmo, Suecia), dijo:“Los intentos anteriores de fabricar baterías estructurales han dado como resultado celdas con buenas propiedades mecánicas , o buenas propiedades eléctricas. Pero aquí, utilizando fibra de carbono, hemos logrado diseñar una batería estructural con una capacidad de almacenamiento de energía competitiva y rigidez ”.

En un artículo en Investigación avanzada sobre energía y sostenibilidad (vol. 2, número 3), Asp y sus coautores describen la batería:

“El compuesto estructural de la batería consiste en un electrodo negativo CF [fibra de carbono] y un electrodo positivo con soporte de película de aluminio separados por un separador GF [fibra de vidrio] en un material de matriz SBE [electrolito estructural de batería]. En consecuencia, los CF actúan como hospedadores de Li (es decir, material de electrodo activo), conducen electrones y refuerzan el material. De manera similar, la lámina de electrodo positivo proporciona una funcionalidad mecánica y eléctrica combinada. El SBE facilita el transporte de iones de litio y transfiere cargas mecánicas entre fibras, partículas y capas. Se utilizan dos tipos de separadores de tejido GF, Whatman GF / A y tejido liso GF, como materiales modelo para investigar los efectos del grosor y la arquitectura del separador, así como la anisotropía del material, en el rendimiento multifuncional ”.

Actualmente están trabajando en una nueva batería estructural con la película de aluminio siendo reemplazada por fibra de carbono y el uso de un separador de fibra de vidrio más delgado.

Asp dijo que espera que una mayor investigación dé como resultado una batería que tenga una densidad de energía de 75 vatios-hora por kilogramo y una rigidez de 75 GPa.

“Si nos fijamos en la tecnología de consumo”, dijo Asp, “podría ser muy posible en unos pocos años fabricar teléfonos inteligentes, computadoras portátiles o bicicletas eléctricas que pesen la mitad de lo que pesan hoy y son mucho más compactas”.