Esta entrada es la continuación de El coche a pilas
I y
II, de la serie
automoción. En esta ocasión, intentaré hacer un somero repaso al estado actual de la tecnología necesaria para desarrollar el coche eléctrico.
La gran ventaja de plantear la sustitución de los motores de combustión interna por un vehículo eléctrico es que no tenemos que construir un motor partiendo de cero. Tenemos una experiencia de más de un siglo construyendo motores eléctricos de todas las potencias y tamaños para infinidad de aplicaciones. Este no es el obstáculo y, aunque siempre puede haber mejoras, es un campo ya maduro donde no son posibles avances sustanciales (la eficiencia de un motor eléctrico ya es muy alta, alrededor de un 90%).
El problema no está en sustituir el motor sino en sustituir el depósito de "combustible". ¿Cómo almacenar la energía eléctrica?
La batería de litioLa respuesta más común es en una
pila química, siendo hoy en día las
baterías de ión de litio sobre las que se ponen casi todas las esperanzas y esfuerzos.
En una
batería tiene lugar una reacción electroquímica por medio de la cual los iones del
ánodo viajan a través de un electrolito y se depositan en el
cátodo. Según va discurriendo la reacción, la tensión en bornes se va igualando hasta que deja de circular la corriente. Si la batería es
recargable, podemos poner de nuevo en tensión los bornes y los iones harán el recorrido inverso deshaciendo de esta forma la reacción con un consumo de energía, volviendo a la situación inicial, con la diferencia de tensión en bornes nominal y un ánodo recargado y presto a empezar su emisión de iones según la baterías se vaya descargando.
La tecnología de baterías de
Ni-Cd y
Ni-MH, pesadas, contaminantes y con alta tasa de autodescarga, podemos darla ya por obsoleta a pesar de contar sólo con unos pocos años de vida comercial. Esto nos muestra a qué velocidad se evoluciona en el campo del almacenamiento de energía.
Veamos cómo funcionan las baterías de litio en este simple esquema:
Para no extender más este artículo, recomiendo la lectura del artículo del cual está sacado:
BATERÍAS DE LITIO: La alternativa al plomo y al cadmio. (El artículo es de 1996, y por aquel entonces la tecnología de baterías que ahora usan todos los móviles, portátiles, cámaras y demás artefactos móviles era ciencia experimental).
Un detalle para los curiosos: la energía que almacenamos en la batería al cargarla viene expresada gráficamente por el área comprendida entre la curva azul, la superior, y el eje de abcisas.
ΔU=∫I*dE*t --> (Q=I*t) --> ΔU=∫Q*dE
Siendo ΔU la variación de energía, Q la carga eléctrica de la celda en Coulombs y dE el diferencial de potencial en la celda según avanza el proceso de carga o descarga.
La energía que nos concede la batería al descargarse se obtiene al integrar la misma función, en sentido contrario, por el camino violeta, la curva más baja.
La diferencia entre estos dos valores es la energía que es disipada en forma de calor en el proceso, es decir, la energía no aprovechable. Gráficamente, corresponde con el área encerrada entre las dos curvas, y gran parte de los esfuerzos de los fabricantes se centran en ajustar ambas curvas hasta casi tocarse, para que la energía que obtengamos de la pila sea casi tanta como en su momento le suministramos enchufándola a la red.
Las baterías recargables de
ión de litio que se encuentran en el mercado están compuestas de cátodos de óxido doble de litio y cobalto (LiCoO2), electrolitos poliméricos y ánodos de grafito, en cuya estructura se intercalan los iones de litio (mucho más seguros que los originales de litio metálico, que presentaban problemas de seguridad por el crecimiento dentrítico que tenía lugar al depositarse repetidas veces los iones de lítio, aumentando la reactividad del mismo).
Las primeras baterías de ión de litio usaban un electrolito líquido, lo cual obligaba a recubrir la batería con una carcasa sellada más pesada. Al usar polímeros porosos como el
polietilenoglicol o el
poliacrilonitrilo para contener las sales de litio que hacen de electrolito (vaya nombres, tenía aherrojada mi nomenclatura de orgánica) se pudieron fabricar carcasas más baratas, ligeras y flexibles, haciéndolas más resistentes a golpes y vibraciones, y aumentando aún más su densidad energética.
Estas nuevas
baterías de polímero de litio presentan una ventaja sustancial con respecto a sus antepasadas de níquel: el litio es el elemento metálico más ligero de la tabla periódica, por lo que usarlo como cátodo permite aligerar tremendamente las baterías respecto a las de Ni-Cd o, ni que decir tiene, las convencionales de Pb.
Los valores actuales para baterías comerciales de polímero de litio son del orden de:
tensión = 4V
densidad de energía = 140 Wh/kg y 300 Wh/l (en puridad dimensional: 0,504MJ/kg y 1080MJ/m3)
densidad de potencia = 3000 W/kg (picos)
ciclabilidad = 1.400 ciclos
Tasa de autodescarga = 5%/mes
Para establecer la comparación con las baterías de cadmio, mencionar que valores típicos para éstas serían una tensión de 1,5V, una densidad energética (cantidad de energía almacenada en la unidad de masa) de 60Wh/kg, densidad de potencia de 150W/kg, un menor eficiencia (espacio entre las dos curvas, o diferencia entre la energía que metemos y la que sacamos), una ciclabilidad semejante y una autodescarga mensual de hasta el 20%. Además, presentan problemas de efecto memoria y son tremendamente contaminantes.
Las baterías de níquel e hidruro metálico Ni-MH presentan en general características intermedias, y tan rápido como sustituyeron a las de cadmio, han sido sustituidas a su vez por las de litio.
Definitivamente, las baterías de litio son un avance, pero aún no es suficiente. Los puntos flacos de las baterías químicas, a pesar de todos los avances, siguen siendo una densidad energética menor que la gasolina o el gasóleo (aunque también es cierto que el motor eléctrico es mucho más eficiente aprovechando esa energía que el térmico) y una deficiente ciclabilidad (incremento de la resistencia interna del electrolito con el uso, mermando progresivamente la capacidad, efecto que las altas temperaturas provocadas por cargas y descargas vigorosas potencian).
O dicho de otro modo, tenemos que cargar el coche con muchas baterías, caras y pesadas, para recorrer los mismos kilómetros que con un depósito de combustible. Y encima, esas baterías sólo aguantan del orden de mil y pico procesos de carga y descarga. Lo que viene a ser unos 100.000 a 200.000 kilómetros. Y luego, a cambiar todo el paquete de baterías con el consiguiente desembolso económico.
En cualquier caso, las baterías de litio envejecen rápidamente, por lo que aunque no usásemos el coche tendríamos que cambiarlas a los pocos años.
Y queda otro problema, que dificulta el
empleo de baterías en la automoción: el tiempo de recarga. Un tiempo de recarga superior a un cuarto de hora haría su recarga en tránsito inviable o, al menos, pesada, quedando relegado entonces el coche a un rango corto, debiéndolo recargar por la noche o en el lugar de destino (trabajo).
Empresas que estén estudiando la fabricación de baterías de ión de litio para su aplicación en la industria de la automoción son:
AESC (Automotive Energy Supply Corporation), una
joint venture o, mejor en castellano, una empresa conjunta entre la franco-nipona Nissan-Renault y la japonesa
NEC. Será la empresa que construya las baterías para los próximos coches eléctricos de la marca, como el
Nuvu (por ahora, en fase de prototipo).
Otro fabricante de baterías de litio es
ThunderSky, sito en la provincia china de Guangdong. Destaca, como no, por sus buenos precios. Pero ninguna bromita en relación con el chino de la esquina. Esta empresa es el centro de investigación sobre la batería de litio del plan 863 (fue aprobado en Marzo de 1986, tampoco los chinos destacan por su imaginación y gracejo a la hora de nominar las cosas). El plan 863 forma parte de un
conjunto de planes impulsados desde el gobierno para modernizar la industria china y mejorar su competitividad y eficiencia, poniéndola a la altura de las mejores del mundo. Es decir, que el gobierno chino (su Ministerio de Ciencia y Tecnología) se ha tomado muy en serio esto de las baterías de litio.
En Europa, a menor escala, tenemos la inglesa
Axeon. Cuenta en su catálogo con diferentes versiones de baterías de Li-Pol.
Mejoras de la batería de litioNo sé si habréis escuchado las noticias de portátiles y móviles que arden o explotan, debido a un recalentamiento de la batería. Aunque esto es extremadamente raro, ha creado una cierto temor al empleo de baterías gigantescas (más bien, asociaciones enormes de baterías en serie y paralelo) para propulsar un vehículo.
Las baterías de litio, sobre todo en estos tamaños, llevan una circuitería de monitorización de temperatura, para evitar cualquier susto. Sin embargo, hay
fabricantes de baterías que, curándose en salud, han resuelto construir el cátodo de
fosfato doble de hierro y litio (LiFePO4).
Esta variante de las baterías de litio es más barata, pero también más pesada, bajando la densidad energética (aspecto crucial para encontrar una batería óptima para el transporte). Además, trabaja a una menor tensión. Por contra, tiene una vida útil muy superior, perdiendo poca capacidad con el tiempo. Eso sí, parece que son muy sensibles a las descargas profundas (más allá del 30%, luego sólo el 70% de la energía contenida es utilizable).
Las cifras de este tipo de batería, para compararla con la anterior:
tensión = 3.3V
densidad energética = 90 Wh/kg y 220 Wh/l
ciclabilidad al 80% de capacidad = 2000
Baterías de este tipo impulsaban el autobús que transportaba a los anim...deportistas en las últimos JJOO.
Las compañías más importantes que han optado por esta tecnología son:
-la china
BYD, el mayor fabricante de baterías de litio del mundo y, además,
fabricante automovilístico. Con esta combinación, ni que decir tiene que habrá que tenerlos muy en cuenta en un futuro próximo. Por ahora, ya han presentado, además de varios híbridos, el
BYD E6.
Lo que promete: un coche con prestaciones normales (0-100km/h en 10s y 160km/h de velocidad máxima), con una autonomía de 300km y una vida útil de las baterías de 2.000 ciclos (esto es, 2000x300km=600.000km, mucho más que lo que aguantaría el propio coche).
-La usamericana
A123System, en colaboración con la alemana Continental y General Motors, para dotar de baterías a su híbrido Chevrolet Volt (¿o al final es la coreana
LG Chem, división química de LG?). También provee de batería al proyecto noruego de coche urbano
Th!nk (chorrada del departamento de mercadotecnia, me imagino; en fonética creo que el signo de admiración corresponde a un chasquido con la lengua que tienen algunos idiomas africanos, aunque es evidente que no se refieren a eso y sólo quieren hacer la gracieta con el término inglés)
Como curiosidad, los Th!nk City antes usaban unas
baterías de sal fundida llamadas Zebra, que también es usado por
Rolls-Royce para motores submarinos. Son un tipo de baterías que usan cloroaluminato de sodio (NaAlCl4) fundido como electrolito. Su densidad energética era muy buena para la época (ya tienen treinta añitos), 90 Wh/kg y su vida útil era superior a los 1500 ciclos. El problema es que trabaja con sales fundidas a relativamente altas temperaturas (250-350ºC) lo cual plantea ciertos problemas de seguridad. Además, cuando se apaga el vehículo hay que enchufarlo a la red para evitar que el electrolito se solidifique. De hacerlo, puedes pasarte varios días hasta conseguir que todo vuelva a la normalidad.
También usan baterías de A123Systems los autobuses híbridos (con motor Diesel)
Orion, un
SUV híbrido (apócope de sub-normal, supongo) también de la General Motors, y a un triciclo híbrido llamado
Venture One. Al menos éste parece que tiene alguna idea nueva que aportar (635kg), porque el mediotodoterreno es más de lo mismo, pero pintado de verde (2000kg y un consumo de 7,4/9,4 l/100km en ciclo extraurbano/urbano).
Otro fabricante más que apuesta por esta tecnología es
Valence Technology, otra usamericana. Además, son las baterías con las que Renault está poniendo a prueba su coche eléctrico en colaboración con
Better Place.
Los fabricantes hablan de tiempos de recarga de 10 minutos. Por ahora, prefiero dejar este dato en cuarentena, pues desconozco en qué condiciones está medido. Las cargas y descargas veloces reducen la capacidad de la batería y su longevidad.
Otra modificación a las tradicionales pilas de polímero de litio para conseguir más seguridad y mayor potencia de funcionamiento es reemplazar el ánodo de grafito por otro recubierto de nanocristales (cristales de tamaño ínfimo, hasta 5nm) de
titanato de litio (Li4Ti5O12). El recurso a la nanotecnología, es para maximizar la superficie activa del ánodo, aumentando de esta forma la velocidad de carga y descarga (picos de potencia durante la conducción). El cátodo sigue siendo de LiCoO2, pero con el electrolito reforzado para soportar mayores temperaturas (no quieren que les explote ninguna).
El mayor paladín de esta tecnología es la todopoderosa
Toshiba, con su batería
SCiB (Super Charge ion Battery, los japos no son tan originales como los nórdicos). Dicen que acepta un 90% de la carga en 5 minutos, sin afectar a su vida útil. De hecho, con tan brutal ciclo de carga, afirman que aguantaría 5.000 ciclos. Es decir, mucho más que la vida media de un coche (que cada vez los fabrican peor, dicho sea de paso).
Otra compañía, ésta gringa, que se ha puesto a fabricar este tipo de baterías es Altair Nanotechnologies, y su Nanosafe. Según
la publicidad que se hacen en la wiki tiene una vida casi eterna (25.000 ciclos) y cogen la carga en 10 minutos. Además, parece que son más resistentes a tensiones mecánicas y térmicas. Eso sí, son más caras y algo más pesadas que las convencionales (con lo que la densidad energética baja a 100Wh/kg).
Hay que recordar que estos procesos ultrarápidos de carga, jamás podrán ser efectuados en domicilios. La cantidad de energía que tiene que ser aportada en tan corto espacio de tiempo es inmensa, y no hay vivienda particular que lo soporte. Se abriría así una nueva posibilidad de negocio a estaciones de recarga que pagarían la tarifa industrial (poco más de la mitad que la tarifa de pequeños consumidores).
Con las baterías de esta última compañía se propulsa una preciosidad de eléctrico con motores independientes en cada rueda, el
Lightning GT. En total, 650CV en un chasis de fibra de carbono.
Evidentemente, el futuro del transporte privado no pasa por coches de este tipo, grandes derrochadores de energía. En cualquier caso, hay poca gente que pueda permitírselo. Sin embargo, además de admirador de su belleza intrínseca, este tipo de propuestas (como el Tesla Roadster) sirven para quitar de un plumazo el preconcepto de coche eléctrico como tartanilla lenta y fea).
En otro orden de vehículos, también son usadas para propulsar una variante de la Fiat Dobló transformada por la italiana
Micro-Vett, con una autonomía de 300km en ciclo urbano.
También haciendo uso de la nanotecnología, encontramos una compañía canadiense,
Electrovaya. Electrovaya forma parte del conglomerado de empresas de Tata Motors (India), quien recientemente ha adquirido a los noruegos
Miljø Grenland, especializados en coches eléctricos. El resultado es el Tata Indica EV, un utilitario eléctrico con una autonomía de casi 200km pero un tiempo de recarga de 8 horas.
Electrovaya emplea nanotubos de sección cuadrangular para lograr una altísima densidad energética (hasta 210 Wh/kg en su
batería MN). Pero como lo que se da de un lado, se quita de otro, nos ofrece una ciclabilidad mediocre (1.000 ciclos para un 80% de carga). Además, por lo que parece los tiempos de carga son bastante largos.
Hasta ahora, parece que ninguna batería reúne ligereza, duración y longevidad.
Se han empleado
diferentes combinaciones de ánodos,
cátodos y electrolitos, pero por ahora, parece que la mayor promesa está en la nanotecnología.
Actualmente, se está investigando en una versión de la batería de ión de litio que sustituye el ánodo de grafito por uno de acero inoxidable recubierto de
nanohilos (filamentos de un grosor minúsculo) de silicio. Esta
batería de nanohilos de silicio promete una densidad energética altísima, al tener el silicio una mayor capacidad de admitir iones de litio en sus intersticios. Y además, cerrando el círculo, la mayor superficie activa del ánodo permite tasas de carga y descarga muy elevadas.
Esta es, a día de hoy, el mirlo blanco de las baterías, esperando que las promesas sean cumplidas.
Hay que mencionar las dificultades legales que las patentes están añadiendo al proceso de investigación y desarrollo, especialmente de empresas pequeñas y laboratorios universitarios, que no pueden costearse un batallón de abogados para afrontar la lucha encarnizada que hay en el sector, ni disponen de patentes que poder intercambiar para continuar con el avance. Es en estos casos cuando se percibe más claramente el freno que el concepto de "propiedad intelectual" impone al desarrollo humano.
Otras versiones de la batería de ión de litio, ya más cerca de la ciencia básica (quizá de la ciencia ficción) son las baterías de
Li-Air y Li-H2O.
Existe un tipo de baterías químicas no recargables (sólo realizan la reacción en un sentido) que emplean el oxígeno del aire para oxidar un ánodo de Zinc o Aluminio, produciendo electricidad y, como desecho, óxido de zinc (ZnO) o hidróxido de aluminio (4Al(OH)3), respectivamente.
Una vez agotado el ánodo, la reacción se detiene. Entonces, tendríamos que extraer del cátodo el desecho almacenado (ZnO ó 4Al(OH)3) y recargar de nuevo el ánodo con más aluminio o zinc. El desecho sería llevado a una planta para su reducción y posterior reutilización como nuevos ánodos.
Su "nombre en clave" son baterías
Zn-Air y
Al-Air y son las únicas baterías que pueden acercarse a los combustibles líquidos en densidad energética (370 y 1.300Wh/kg según el ánodo sea de Zn o de Al). Para hacernos una idea, la
densidad energética de la gasolina y el gasóleo, respectivamente, es de 12.200 y 13.700Wh/kg.
Tal diferencia nos puede explicar muchas cosas sobre las dificultades del coche eléctrico, pero tampoco nos debe alarmar: un motor térmico tiene rendimientos del 0,28 mientras que no es difícil que un motor eléctrico alcance los 0,92. La mayor parte de la energía química almacenada en los combustibles se va a la atmósfera en forma de calor. Además, el sobrepeso de las baterías es compensado por el menor peso del motor eléctrico respecto del térmico: un motor térmico tiene una relación peso-potencia de unos 400W/kg, mientras que no es descabellado pensar en un motor eléctrico que llegue a 3000W/kg. Además, su par motor constante y su capacidad de giro hace casi innecesario el uso de cambio de marchas, con el consiguiente ahorro en peso y rendimiento mecánico.
Además, existen multitud de diferentes baterías recargables, desde las
alcalinas de las linternas, pasando por las tradicionales de
plomo y ácido sulfúrico que portan la mayoría de los coches para mover el motor de arranque, a baterías experimentales como las de
Li-S, con una excepcional cifra de 350Wh/kg o tecnologías ya obsoletas como la batería de
Na-S o
Ni-Fe. También sería prometedora la batería de
Ag-Zn, si no fuera que la plata es uno de los metales nobles y, por lo tanto, su uso es prohibitivo.
Como vemos, el principal problema de las baterías es que son caras. Además, son pesadas y tardan mucho en cargar (aunque parece que eso puede cambiar).
Si el paquete de baterías de un coche eléctrico convencional cuesta unos 7.000€, si conseguimos reducir el consumo de ese coche a la mitad, bajaremos el coste de ese coche al poder embarcar la mitad de baterías para la misma autonomía. Y al bajar el tamaño y el peso del coche, pues las baterías constituyen parte sustancial de éste, se consigue de nuevo un ahorro de energía.
Aquilatar peso es un maravilloso círculo vicioso. Aumentar el peso del vehículo es otro, nefasto, que obliga a aumentar potencia del motor, energía embarcada, chasis más rígido y pesado...con lo que acabamos teniendo de nuevo más peso.
Insisto:
el peso es el cáncer de la automoción.
Mientras las baterías tengan tiempos de recarga altos (superior a 15 minutos), sólo habrá dos opciones para aumentar la autonomía:
a) embarcar más baterías, solución pesada y, sobre todo, carísima.
b)
intercambiar las baterías por otras ya cargadas, como hacemos con las bombonas de butano. Para ello, las baterías deberían estar normalizadas (me consta que en Japón ya están trabajando en ello), para que el mercado no se convirtiera en un
monopolio-oligopolio como en el caso del refino y distribución de combustibles, con los efectos que todos padecemos cada vez que nos acercamos a repostar. Bueno, de ese tema
ya hablé en su día, así que no me extiendo más, que me está saliendo una entrada de proporciones ciclópeas y, además, difícilmente digerible.
De esta forma, implementando una densa red de "gasolineras", el coche sólo tendría que cargar con baterías para recorrer, pongamos, 160Km (la autonomía de una moto). Así, el coche eléctrico sería mucho más barato, ligero, dinámico, eficiente, y podría reírse de las limitaciones de autonomía que son hoy por hoy su mayor caballo de batalla.
¿Imposible?
Bien, os presento el
Aptera. Pesa 670Kg y tiene un consumo, en su versión gasolina, de 0,78 l/100Km. Evidentemente, cuando metemos un motor eléctrico dentro de su
futurista chasis composite, podemos permitirnos el lujo de embarcar sólo una pequeña fracción de las baterías que lleva el
Tesla (apoyadas por supercondensadores, que veremos en el punto siguiente). El bajo peso y un increible
coeficiente de penetración de 0,15 hacen el resto.
Y esto no es un prototipo, sino un coche de preserie, que
prevén que esté rodando el año que viene (es un proyecto apoyado por Google, lo cual habla de su solided financiera).
¿Os parece demasiado chocante su diseño? Bueno, también tenemos al teutón
Loremo. Más convencional en su apariencia, su bastidor es una
célula de seguridad en chapa de acero, similar a la que se emplea, en fibra de carbono, en la Fórmula 1.
De nuevo, el camino para conseguir un
consumo bajísimo (1,96 l/100km en la versión diesel menos potente) es un bajo peso (<550kg) y una
aerodinámica estilizada (Cx=0,20 y una superficie frontal muy reducida). Con todo ello, y un motor de 20CV, basta para impulsar este coche a 160Km/h.
Más allá, es quemar energía en la hoguera de las vanidades.
También se aceptan ya pedidos de este coche.
Para finalizar este repaso de coches eléctricos con un peso contenido, que permiten disminuir el número de baterías embarcadas, mi favorito: el
ThoRR.
Tiene demasiada potencia (272CV) y demasiado peso (casi 800Kg) para ser un coche tan eficiente como los anteriores. Además, su aerodinámica es nefasta pero...¿no es hermoso? Creo que soy más clásico que la tortilla de patatas.
SupercondensadoresPodemos decir que las baterías son capaces de almacenar mucha energía, pero les cuesta entregarla rápidamente. Cuando son solicitados picos de potencia, las baterías se calientan, disminuyendo su rendimiento (las dos curvas de la gráfica del principio, la azul y la violeta, se separan) y acortando su vida útil.
A las baterías les gusta ir al tran tran, recibiendo y cediendo energía de forma uniforme. Las prisas no les gustan. Pero claro, las necesidades de la conducción son las que son, y ante un adelantamiento o una rampa muy empinada es necesario disponer de potencia.
Para hacer frente a esos picos de potencia, se está planteando el uso de
supercondensadores, que harían de sifón (los informáticos, imaginad un
buffer de energía), suavizando los picos de carga (frenada regenerativa) y descarga de las baterías. De esta forma,
obtenemos potencia de forma instantánea y, de paso, hacemos que las baterías no lleven una vida tan perra, lo que nos agradecen con una vida más larga y productiva.
Pero vayamos por partes. ¿Qué es un supercondensador?
Un
condensador consiste en dos armaduras metálicas que almacenan una determinada carga eléctrica (medida en culombios o en carga por unidad de tensión, faradios). Esta carga no es almacenada como en las baterías como energía química, sino como energía electroestática. Ello determina la extrema facilidad de carga y descarga de estos dispositivos, ya que no tiene que producirse ninguna reacción química ni transferencia iónica (el concepto de inercia también es aplicable a las reacciones químicas).
Y un
supercondensador no es más que un condensador que es capaz de almacenar grandes cantidades de energía (hasta 5.000F). Bueno, no es tan simple, los
supercondensadores de doble capa, los más comunes, sustituyen el esquema tradicional de dos armaduras separadas por un dieléctrico, por el de dos capas separadas por una distancia nanométrica. Consecuencia primera de ello es que el voltaje de este tipo de condensadores es muy limitado, y tenemos que unirlos en serie para alcanzar tensiones operativas.
Las ventajas de un supercondensador como almacén de energía son evidentes: tienen un altísimo rendimiento (devuelve prácticamente tanta energía como almacena) y una excelente ciclabilidad, pudiendo soportar millones de ciclos de carga y descarga sin perder su capacidad.
Otra característica interesante es su resistencia térmica y mecánica, no perdiendo capacidad de carga aunque lo hagamos trabajar a temperaturas extremas (las baterías almacenan poca carga con el frío, y se deterioran con el calor). Además, envejece con mucha dignidad, lo que no se puede decir de muchas baterías de litio.
La resistencia interna es menor, y se carga en menos de 10s, sin peligro de sobrecarga ni descarga profunda. Es simple como un chupete e igual de efectivo.
Por último, al tener una vida tan larga y no contener electrolitos peligrosos, podemos afirmar que son mucho menos agresivo ambientalmente que las baterías.
Pero claro, no todo son ventajas. Los supercondensadores no pasan de una mediocre densidad energética de 30 Wh/kg. Es por ello que, hasta ahora, no se han usado como almacenamiento principal de energía en un coche (por el enorme peso pero también por su coste, aunque este ha descendido muchísimo sigue siendo bastante alto). Sin embargo, como son capaces de descargar toda la energía que almacenan en un instante, la relación potencia/peso es elevadísima (6 kW/kg), lo que les hace idóneos para ocuparse de los picos de potencia.
Además, su tasa de autodescarga es muy alta, pierden la mitad de la carga en un mes. Aunque esto último no sería mayor problema, dado la rapidez con la que se cargan: bastaría con llenar el "depósito" justo antes de iniciar un viaje.
Otro problema inherente a un condensador es que, a diferencia de las baterías que mantienen la tensión relativamente constante en el proceso de descarga, la tensión en los bornes de un condensador es proporcional a la carga que le reste. Ello plantea un problema, ya que podemos tener un condensador a media carga, pero ésta es inutilizable puesto que es servida a una tensión inapropiada para el resto de órganos del circuito. Podemos convertirla con un transformador, pero entonces perdemos un rendimiento de en torno al 15%.
Los materiales estudiados como electrodos para supercondensadores son principalmente de tres tipos: óxidos de metales de transición, polímeros conductores y materiales de carbono activados. Con óxidos metálicos se han conseguido valores de capacidad muy altos, pero estos supercondensadores tienen la desventaja de que son excesivamente caros y por lo tanto sólo se utilizan en aplicaciones militares y en la industria aerospacial. El uso de polímeros conductores también puede dar lugar a capacidades relativamente altas, pero estos materiales presentan el inconveniente de que sufren hinchamiento y contracción, lo cual es indeseable puesto que pueden ocasionar la degradación de los electrodos durante el ciclado. Finalmente, los materiales de carbono se presentan como los materiales activos del electrodo más atractivos, debido a su bajo coste relativo, elevado área superficial (pueden superar los 2,5E6 m2/kg) y gran disponibilidad. Además, los materiales de carbono pueden presentar unas estructuras diferentes (materiales grafíticos, grafitizables o no grafitizables) y están disponibles en una gran variedad de formas (fibras, telas, aerogeles o nanotubos).
Del ensayo:
Materiales de Carbono para sistemas de almacenamiento de energía.De nuevo, la nanotecnología se presenta como el futuro de los supercapacitores, aumentando la superficie de trabajo de las capas al ordenarlas en
nanotubos de grafeno.
Con esta tecnología,
se espera aumentar sustancialmente la densidad energética de los supercondensadores, sin elevar excesivamente su coste. Otro método alternativo para aumentar la superficie es el uso de
aerogeles de carbono.
Como principal fabricante de supercondensadores, podemos citar a la estadounidense Maxwell y su
boostcap.
Como curiosidad, cuenta la Wikipedia que China está experimentando con autobuses movidos únicamente por supercondensadores. En cada parada, se recargan parcialmente y en la terminal, reciben una carga completa.
Otro tipo de supercondensador, que no pertenece al tipo de doble capa como los anteriores, espera ser presentado en sociedad por la firma tejana
EEStor. Según esta empresa, su ingenio alcanza densidades energéticas de 1MJ/kg, esto es, el doble que una batería de li-pol y doce veces más que los mejores supercondensadores de doble capa.
Por lo que he comprendido, se trata de un condensador de armaduras de aluminio, con un dieléctrico de titanato de bario (posee una gran permitividad) sinterizado con cerámica, para evitar la autodescarga (0,1 %/mes). Sin problemas de ciclabilidad y con un tiempo de carga inferior a cinco minutos,
tal y como lo presentan sería la solución de almacenamiento de energía definitiva.
Por ahora, en la red reina la cautela y el escepticismo. Si se trata de un engaño, ya han conseguido embaucar a un pequeño
fabricante de automóviles canadiense y a la tristemente famosa Lockheed-Martin, que no es precisamente un angelito cándido que se deje engañar por cualquiera.
ConclusiónNo se si lo habréis notado, pero en todo el artículo no he dejado de mencionar el origen de las empresas que marcan el paso en el campo de las baterías y supercondensadores. Gringas, chinas, japonesas, coreanas. Canadá, Alemania, Inglaterra, Francia, India, Noruega... ¿Qué Estado falta en esa relación? Los presidentes de gobierno español se jactan de que somos la 8ª economía mundial (lo cual es falso, pues ya nos han adelantado Rusia y Brasil). Sin embargo, en la tecnología de las baterías, las empresas españolas no pintan nada. Como en tantos otros sectores.
Se ha terminado un ciclo, el sueño del ladrillo se ha derrumbado y España
no tiene nada más que ofrecer. Como
recordaba hace unos días, somos el país con mayor desequilibrio de la balanza comercial en relación a su PIB. Compramos mucho, petróleo, y dentro de poco baterías, pero no tenemos nada que ofrecer a cambio al mercado para sufragar nuestros gastos.
Y si no lo logramos, vamos a la ruina. Como cualquier familia, como cualquier empresa que gasta más de lo que gana.
Estamos en una coyuntura crítica. Creo que sería hora de hacer un "plan 386", e invertir lo poco que quede de dinero en las arcas del Estado (mejor dicho, la poca capacidad de endeudamiento que tenga el Estado) después de regalar miles de millones a los bancos (no regalar, perdón, prestárselo a tipos bajos, para que ellos a su vez nos lo presten a tipos draconianos). en inversiones de futuro. Y la mejor inversión es en educación e investigación. Aunque parezca que tirar la semilla al suelo es desperdiciarla, y es mejor hacer un pastel con ese harina...la semilla bien regada fructifica.
Creo que los españoles podemos pasarnos sin aceras nuevas, sin farolas nuevas de diseño en las calles. Será difícil vivir sin rotondas engalanadas, pero lo conseguiremos. Y con ese dinero, señor Sebastián, se podría construir un centro de investigación, por ejemplo, en tecnologías de almacenamiento de energía.
Y, ya de paso, arreglar la Universidad, que es el cortijo privado de rectores y catedráticos con mucho morro y pocas letras.
