Un grupo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia está presentando un avance líder en el mundo en el llamado almacenamiento de energía sin masa: una batería estructural que podría reducir a la mitad el peso de una computadora portátil, hacer que el teléfono móvil sea tan delgado como una tarjeta de crédito oAumentar la autonomía de un coche eléctrico hasta en un 70% con una sola carga.

"Hemos logrado crear una batería hecha defibra de carbonocompuesto que es tan rígido como el aluminio y lo suficientemente denso en energía como para ser utilizado comercialmente.Al igual que unesqueleto humano"La batería tiene varias funciones al mismo tiempo", afirma Richa Chaudhary, investigadora de Chalmers y primera autora de un artículo publicado recientemente.publicadoenMateriales avanzados.

En Chalmers se llevan a cabo desde hace muchos años investigaciones sobre baterías estructurales y, en algunas etapas, también en colaboración con investigadores del Real Instituto Tecnológico KTH de Estocolmo (Suecia).Cuando el profesor Leif Asp y sus colegaspublicaron sus primeros resultados en 2018sobre cómo las fibras de carbono rígidas y fuertes podrían almacenar químicamente energía eléctrica, el avance atrajo una gran atención.

La noticia de que la fibra de carbono puede funcionar como electrodos enbaterías de iones de litiose difundió ampliamente y el logro fue clasificado como uno de los diez mayores avances del año por Physics World.

Un peso más bajo requiere menos energía

Desde entonces, el grupo de investigación ha seguido desarrollando su concepto para aumentar tanto la rigidez como la densidad energética.El hito anterior se alcanzó en 2021cuando la batería tenía una densidad de energía de 24 vatios-hora por kilogramo (Wh/kg), lo que significa aproximadamente el 20% de la capacidad de una batería de iones de litio comparable.

Ahora es hasta 30 Wh/kg.Si bien esto sigue siendo inferior al de las baterías actuales, las condiciones son bastante diferentes.Cuando la batería forma parte de la construcción y también puede estar hecha de un material ligero, el peso total del vehículo se reduce considerablemente.Entonces no se necesita tanta energía para hacer funcionar un coche eléctrico, por ejemplo.

"Invertir en vehículos ligeros y energéticamente eficientes es algo natural si queremos economizar energía y pensar en las generaciones futuras. Hemos hecho cálculos sobre los coches eléctricos que muestran que podrían conducir hasta un 70% más que hoy sitenían baterías estructurales competitivas", afirma el líder de la investigación Leif Asp, profesor del Departamento de Ciencia Industrial y de Materiales de Chalmers.

Cuando se trata de vehículos, por supuesto, existen altas exigencias en cuanto a que el diseño sea lo suficientemente resistente para cumplir con los requisitos de seguridad.Allí, la celda de batería estructural del equipo de investigación aumentó significativamente su rigidez, o más concretamente su módulo de elasticidad, que se mide en gigapascal (GPa), de 25 a 70. Esto significa que el material puede soportar cargas tan bien como el aluminio.pero con un peso menor.

"En términos de propiedades multifuncionales, la nueva batería es dos veces mejor que su predecesora y, de hecho, la mejor jamás fabricada en el mundo", afirma Leif Asp, que investiga baterías estructurales desde 2007.

Varios pasos hacia la comercialización

Desde el principio, el objetivo fue lograr un rendimiento que permitiera comercializar la tecnología.Paralelamente a la continuación de la investigación, se ha reforzado el vínculo con el mercado a través de la recién creada empresa Chalmers Venture, Sinonus AB, con sede en Borås, Suecia.

Sin embargo, todavía queda mucho trabajo de ingeniería por hacer antes de que las celdas de batería den el paso de la fabricación en laboratorio a pequeña escala a la producción a gran escala para nuestros dispositivos tecnológicos o vehículos.

"Uno puede imaginar quetarjeta de crédito-Los teléfonos móviles delgados o los portátiles, que pesan la mitad que hoy, son los más cercanos en el tiempo.También podría ser que componentes como la electrónica de los automóviles o aviones funcionen con baterías estructurales.Se necesitarán grandes inversiones para satisfacer las exigentes necesidades energéticas de la industria del transporte, pero también aquí es donde la tecnología podría marcar la mayor diferencia", afirma Leif Asp, que ha notado un gran interés por parte de las industrias automovilística y aeroespacial.

Más sobre la investigación y las baterías estructurales

Las baterías estructurales son materiales que, además de almacenar energía, pueden transportar cargas.De esta manera, el material de la batería puede convertirse en parte del material de construcción real de un producto, lo que significa que se puede conseguir un peso mucho menor, por ejemplo, en coches eléctricos, drones, herramientas portátiles, ordenadores portátiles y teléfonos móviles.

Los últimos avances en esta área se han publicado en el artículo "Revelando la batería estructural multifuncional de fibra de carbono", y los autores son Richa Chaudhary, Johanna Xu, Zhenyuan Xia y Leif Asp de la Universidad Tecnológica de Chalmers.

El concepto de batería desarrollado se basa en un material compuesto y tiene fibra de carbono como electrodo positivo y negativo, donde el electrodo positivo está recubierto con fosfato de hierro y litio.Cuando se presentó el concepto de batería anterior, el núcleo del electrodo positivo estaba hecho de una lámina de aluminio.

La fibra de carbono utilizada en el material del electrodo es multifuncional.En el ánodo actúa como refuerzo, además de colector eléctrico y material activo.En el cátodo actúa como refuerzo, colector de corriente y como andamio sobre el que se construye el litio.

Dado que la fibra de carbono conduce la corriente de electrones, se reduce la necesidad de utilizar colectores de corriente, por ejemplo de cobre o aluminio, lo que reduce aún más el peso total.Tampoco se requieren los llamados metales conflictivos, como el cobalto o el manganeso, en el diseño del electrodo elegido.

En la batería, los iones de litio se transportan entre los terminales de la batería a través de un electrolito semisólido, en lugar de uno líquido, lo que supone un reto a la hora de conseguirlo.energía altay para ello se necesita más investigación.Al mismo tiempo, el diseño contribuye a una mayor seguridad en la celda de la batería, mediante la reducción del riesgo de incendio.