El sueño de sustituir los contaminantes motores de los aviones por sistemas eléctricos es un objetivo que poco a poco la evolución de la tecnología está permitiendo acercarse. Pero uno de los principales retos a superar es la cuestión del peso, que en un avión supone lastrar con miles de kilos el cuerpo. Es por eso que el avance de un grupo de investigadores suecos podría abrir las puertas gracias a un diseño estructural fabricado con materiales ligeros.
Este avance está siendo desarrollado por la Universidad de Tecnología de Chalmers, Suecia, que han diseñado el primer prototipo de una batería estructural hecha de materiales ultraligeros, entre ellos fibra de carbono, que funciona como electrodo, conductor, cuyo resultado puede ser un sistema perfecto para electrificar los aviones.
Con este sistema se podrán diseñar modelos de mayor autonomía y más eficientes. Para lograrlo han usado un tipo de fibra de carbono que, además de ser rígida y fuerte, tiene además una buena capacidad de almacenamiento energético. Algo que ya ha sido catalogado como uno de los mayores avances científicos del 2018 según la revista Science Daily.
La batería utiliza fibra de carbono como electrodo negativo y una lámina de aluminio recubierta de fosfato de hierro y litio como electrodo positivo. La fibra de carbono actúa como anfitrión del litio y almacena la energía, pero también conduce los electrones, eliminando la necesidad de conductores de cobre y plata y reduciendo aún más el peso.
Los dos materiales de los electrodos están separados por un tejido de fibra de vidrio en una matriz de electrolito estructural, que sirve para transportar los iones de litio entre los dos electrodos de la batería, al mismo tiempo que transfiere cargas mecánicas entre las fibras de carbono y otras partes.
Gracias a la fibra de carbono, los investigadores dicen haber solucionado la dicotomía de las baterías estructurales de contar con buenas capacidades mecánicas o eléctricas. Pero en este caso los responsables del proyecto indican que han conseguido desarrollar una batería estructural con una capacidad de almacenamiento competitiva, al mismo tiempo que logra una gran rigidez.
Según el equipo de desarrollo: «La batería estructural presentada tiene propiedades que superan con creces todo lo visto hasta ahora, en términos de almacenamiento de energía eléctrica, rigidez y resistencia, ofreciendo un rendimiento multifuncional 10 veces superior a los prototipos anteriores.»
Entonces si sus características son tan revolucionarias, por qué limitarlas a aplicaciones como la aviación. La respuesta puede ser en que a pesar del enorme salto tecnológico respecto a soluciones similares anteriores, este sistema tiene algunas limitaciones.
Entre ellas seguro estará el coste, del que no han hablado pero seguro será elevado. La otra razón está en que la densidad energética es todavía algo baja. Y eso que la cifra aunque pueda parecer muy pobre, realmente no lo es tanto.
Según los diseñadores, el último prototipo logra una densidad de 24 Wh/kg. Una cifra que podemos pensar es muy pequeña comparada con los 150 o más de 200 Wh/kg de las baterías de los coches eléctricos. Pero el uso de esta batería permitirá reducir de forma significativa el peso del conjunto, lo que compensará en gran parte su menor densidad.
En este caso hablamos de una batería que además añade rendimiento estructural, lo que se traduce en la menor necesidad de reforzar el cuerpo y por lo tanto un ahorro en materiales y peso.
Pero desde el equipo son conscientes de que para lograr una aplicación comercial será necesario aumentar la cifra de densidad energética. Para ello contarán con la ayuda de la Agencia Espacial Nacional Sueca, que está financiando un nuevo proyecto para aumentar aún más el rendimiento de la batería estructural reemplazando el papel de aluminio con fibra de carbono como material de carga en el electrodo positivo, proporcionando tanto una mayor rigidez como una densidad que rondará los 75 Wh/kg, con una rigidez de 75 GPa, lo que la hace tan fuerte como el aluminio, pero con un peso comparativamente mucho menor.
Una evolución que le permitirá ir poco a poco abriendo su arco de aplicaciones también a otros sectores, como el del coche eléctrico, las bicicletas, drones o satélites.
Un proyecto que busca reemplazar el separador de fibra de vidrio con una variante ultradelgada, proporcionando más densidad, pero también aumentando su vida útil y permitiendo acceder a potencias de carga más elevadas. Una iniciativa que esperan esté lista en 2023 momento en el que deberían comenzar las pruebas de los primeros prototipos funcionales.
Relacionadas | Los aviones eléctricos están acercándose a su punto de inflexión tecnológica
Fuente | Chalmers
