Ingeniería

Nuevo concepto de batería


El trabajo se ha hecho en el Laboratorio del MIT para Sistemas Electromagnéticos y Electrónicos (LEES).

Joel E. Schindall (Profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias Informáticas, y director adjunto del citado laboratorio), John G. Kassakian (profesor de la misma especialidad y director del LEES) y el candidato a doctorado Riccardo Signorelli, están usando nanoestructuras tubulares para mejorar un dispositivo de almacenamiento de energía llamado ultracondensador.

Los condensadores guardan la energía como un campo eléctrico, haciéndolos más eficaces que las baterías normales que reciben su energía de reacciones químicas. Los ultracondensadores son celdas de almacenamiento basadas en el condensador, que proporcionan rápidos y masivos estallidos de energía instantánea. A veces se usan en vehículos con celdas o células de combustible para proporcionar un empuje extra al acelerar después de las constantes disminuciones de velocidad o paros impuestos por un tráfico denso, y al subir por colinas.

Sin embargo, los ultracondensadores necesitan ser mucho más grandes que las baterías para sostener la misma carga. El invento del LEES aumentaría la capacidad de almacenamiento de los ultracondensadores comerciales existentes al almacenar campos eléctricos a nivel atómico.

Aunque los ultracondensadores han estado presentes desde los años sesenta, son relativamente caros y sólo en época reciente empezaron a ser manufacturados en cantidades suficientes como para lograr un coste competitivo. Hoy podemos encontrar ultracondensadores en un amplio rango de dispositivos electrónicos, desde automóviles a ordenadores.

Batería ultracondensadores LEES
Diferentes tipos de nanotubos de carbono. (Foto: Michael Ströck )
Sin embargo, a pesar de sus ventajas inherentes (una vida de más de 10 años, indiferencia al cambio de temperatura, alta inmunidad a golpes y vibración, y alta eficacia al cargar y descargar), limitaciones físicas sobre el área de superficie del electrodo y el espaciado han limitado a los ultracondensadores a una capacidad de almacenamiento de energía alrededor de 25 veces menor que una batería de litio de tamaño similar.

El ultracondensador del LEES tiene la capacidad de superar esta limitación de energía usando nanotubos de carbono de una pared, alineados verticalmente. ¿Cómo funciona? La capacidad de almacenamiento en un ultracondensador es proporcional al área de la superficie de los electrodos. Los ultracondensadores de hoy usan electrodos hechos de carbono activado, que es extremadamente poroso y por consiguiente tiene un área de superficie muy grande. Sin embargo, los poros en el carbono son irregulares en tamaño y forma, lo que reduce la eficiencia. Los nanotubos alineados verticalmente en el ultracondensador del LEES tienen una forma regular, y un tamaño que es sólo de varios diámetros atómicos de ancho. El resultado es un área de superficie significativamente más eficaz, con un incremento comparativo en la capacidad de almacenamiento.

Además, los nuevos ultracondensadores reforzados con nanotubos se podrían fabricar en cualquiera de los tamaños actualmente disponibles, y producirse usando tecnología convencional.


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