Un estudio dirigido por la Universidad de Tecnología de Chalmers, Suecia, ha demostrado que la fibra de carbono pueden funcionar como electrodos de baterías, almacenando energía directamente.
Como una batería
Uniendo filamentos de grafito en una fibra cuyas láminas tenían una dureza y una rigidez extraordinarias se fabricó, por primera vez en la historia, la fibra de carbono. Desarrollado por los ingenieros de la Royal Aircraft Establishment, en Farnborough, en el año 1963, este nuevo material revolucionó muchos campos de la industria.
Ahora también podría revolucionar el almacenaje de energía en vehículos. Porque el hallazgo realizado abre nuevas oportunidades para las baterías estructurales, donde la fibra de carbono se convierte en parte del sistema de energía.
El uso de este tipo de material multifuncional puede contribuir a una reducción significativa del peso en los aviones y vehículos del futuro, un desafío clave para la electrificación. El peso es muy importante para pasar a los vehículo eléctricos. Por ejemplo, ls aviones de pasajeros necesitan ser mucho más livianos que los actuales para poder funcionar con electricidad.
Una reducción de peso también es muy importante para los vehículos con el fin de ampliar su autonomía. También será posible utilizar la fibra de carbono para otros fines, como la recolección de energía cinética, para sensores o para conductores de energía y datos. Si todas estas funciones formaran parte de la carrocería de un automóvil o avión, esto podría reducir el peso hasta el 50 por ciento.
Ya se sabía que la microestructura de las fibras de carbono afecta a sus propiedades electroquímicas, es decir, su capacidad para operar como electrodos en una batería de iones de litio. Ahora se ha estudiado la microestructura de diferentes tipos de fibras de carbono disponibles comercialmente, descubriendo que las fibras de carbono con cristales pequeños y poco orientados tienen buenas propiedades electroquímicas pero una rigidez menor en términos relativos. Las fibras de carbono que tienen cristales grandes y altamente orientados, tienen una mayor rigidez, pero las propiedades electroquímicas son demasiado bajas para su uso en baterías estructurales.
En el estudio, los tipos de fibra de carbono con buenas propiedades electroquímicas tenían una rigidez ligeramente más alta que el acero, mientras que los tipos cuyas propiedades electroquímicas eran pobres son un poco más rígidas que el acero. Una ligera reducción de la rigidez no es un problema para muchas aplicaciones, como los coches. Para la industria de la aviación, puede ser necesario aumentar el espesor de los compuestos de fibra de carbono, para compensar la rigidez reducida de las baterías estructurales. Según explica Leif Asp, profesor de Mecánica de Materiales y Computación en la Universidad de Tecnología de Chalmers:
La clave es optimizar los vehículos a nivel del sistema, según el peso, la resistencia, la rigidez y las propiedades electroquímicas. Esa es una nueva forma de pensar para el sector automotriz, que se utiliza más para optimizar componentes individuales. Las baterías estructurales tal vez no sean tan eficientes como las baterías tradicionales, pero como tienen una capacidad de carga estructural, se pueden obtener grandes ganancias a nivel del sistema. Además, la menor densidad de energía de las baterías estructurales las haría más seguras que las baterías estándar, especialmente porque tampoco contienen sustancias volátiles.