Nuevos avances en el desarrollo supercondensadores como alternativa a las baterías de litio

Desde hace años los supercondensadores han estado en un segundo plano como una alternativa a las baterías de litio en el almacenamiento de energía con un gran potencial en sectores como el coche eléctrico. La principal diferencia entre baterías y supercondensadores es que estos últimos son acumuladores físicos, no químicos como las baterías, y su sistema de almacenaje se basa en la separación de cargas. Las cargas se desplazan mucho más rápido que los iones (de litio, por ejemplo) y pueden por ello ofrecer mucha más potencia y cargarse tan solo en segundos.

Pero la gran diferencia es que las baterías de iones de litio con capaces de almacenar entre 20 y 30 veces más energía que los supercondensadores. Una diferencia clave en aplicaciones como el transporte.

Pero cada cierto tiempo aparece un estudio que anuncia nuevos avances que amenazan a las baterías de litio. El último procede de las universidades británicas de Surrey y Bristol, junto con la empresa Superdielectrics, han desarrollado y lo más importante, probado, un nuevo tipo de compuesto que promete importantes mejoras.

Hace solo un año este equipo presentó los nuevos materiales de polímeros que tienen propiedades dieléctricas de entre 1.000 a 10.000 veces mayores que los electrolitos existentes (conductores eléctricos). Unos descubrimientos que ahora han pasado de pruebas teóricas a una fase de demostraciones técnicas a escala de dispositivo.

Según la nota de prensa:

En estas primeras pruebas los investigadores han logrado alcanzar con los supercondensadores valores prácticos de capacitancia de hasta 4F / cm2 en electrodos lisos de metal de bajo coste. Los supercondensadores existentes en el mercado típicamente alcanzan 0.3F / cm2 dependiendo de los electrodos complejos de superficie extendida.

Más significativamente, los investigadores lograron obtener resultados de 11-20 F / cm2 cuando los polímeros se usaron con electrodos de acero inoxidable especialmente tratados, cuyos detalles se mantienen en privado a la espera de una solicitud de patente. Si estos valores de capacitancia se pueden alcanzar en la producción, podría ver a los supercondensadores alcanzar densidades de energía de hasta 180whr/kg, mayor que las baterías de iones de litio.

Los supercondensadores almacenan energía usando electrodos y electrolitos y ambos cargan y entregan energía rápidamente: las baterías convencionales realizan la misma tarea de una manera mucho más lenta y más sostenida. Los supercondensadores tienen la capacidad de cargar y descargar rápidamente durante un gran número de ciclos. Sin embargo, debido a que los supercondensadores tienen una densidad de energía pobre por kilogramo, no han podido competir con el almacenamiento de energía de la batería convencional. Incluso con esta restricción, los autobuses supercondensadores ya se están utilizando en China, pero la tecnología actual significa que deben detenerse para recargarse con frecuencia (es decir, en casi todas las paradas de autobús).

El equipo de científicos ha podido probar los nuevos materiales de dos maneras:

Mediante el uso de pequeñas células de una sola capa cargadas a 1,5 voltios durante dos a cinco minutos y luego ejecutar dispositivos de demostración, incluido un pequeño ventilador.
Mediante el uso de una pila de tres celdas que se puede cargar rápidamente a cinco voltios y operar un LED.

La Universidad de Bristol va mucho más allá al producir una compleja estructura de celdas paralela en serie en la que tanto la capacitancia total como la tensión operativa pueden controlarse por separado.

En base a estos impresionantes resultados, Superdielectrics Ltd, la compañía que está detrás de esta tecnología, ahora busca construir un centro de investigación y producción de bajo volumen. Si tiene éxito en la producción, el material no solo podría usarse como batería para futuros dispositivos móviles, sino que también podría usarse en estaciones de servicio para automóviles eléctricos.

El Dr. Brendan Howlin, catedrático de Química Computacional de la Universidad de Surrey, dijo: «Estos resultados son extremadamente emocionantes y es difícil creer que hayamos llegado tan lejos en tan poco tiempo. Podríamos estar al comienzo de una un nuevo capítulo en la tecnología de almacenamiento de energía eléctrica de bajo costo que podría moldear el futuro de la industria y la sociedad durante muchos años «.

El Dr. Donald Highgate, Director de Investigación de Superdielectrics Ltd y ex alumno de la Universidad de Surrey, dijo: «Estos resultados emocionantes son de particular satisfacción para mí porque se basan en mi trabajo en polímeros hidrofílicos que ha sido una parte importante de mi vida profesional. ; comenzando a finales de la década de 1970 con lentes de contacto blandos de uso prolongado y liderando en el período de 1990 a 2009, a celdas de combustible y electrolizadores de excepcional eficiencia.

«El presente trabajo, si se puede traducir en producción, promete hacer posible una carga rápida para vehículos eléctricos, además de ofrecer un método muy necesario de bajo costo para almacenar la salida transitoria de los sistemas de energía renovable. Viento, ola y energía solar está disponible pero es intermitente y, sin almacenamiento, no se puede confiar para satisfacer nuestras necesidades energéticas. Este nuevo trabajo transformaría el sistema energético que sustenta todo nuestro modo de vida: es el desarrollo necesario antes de que nosotros y nuestros hijos podamos tener una suministro de energía genuinamente sostenible y ambientalmente seguro «.

El Dr. Ian Hamerton, lector en polímeros y materiales compuestos del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Bristol, comentó: «Tras la presentación de los resultados preliminares en la primera conferencia de prensa hace solo 14 meses, el equipo ha trabajado duro para aumentar la capacidad de almacenamiento de estos materiales innovadores aún más. Nuestro principal desafío ahora es traducir estos hallazgos científicos en dispositivos robustos diseñados y desbloquear su potencial revolucionario «.

Vía | phys