► Los supercondensadores tienen varios beneficios sobre las baterías
► Pero actualmente también algunas desventajas
► Se usan en el nuevo Lamborghini Sian
En 2019, los autos eléctricos son ampliamente vistos como los sucesores de los vehículos ICE, y los fabricantes están compitiendo para electrificar sus líneas de modelos: el Salón del Automóvil de Frankfurt de 2019 verá vehículos eléctricos listos para producción de Porsche, VW y Honda, por nombrar algunos. Y es fácil ver por qué.
Mejor alcance, más puntos de carga y refinamientos generales ahora hacen de los vehículos eléctricos un serio competidor para los competidores de gasolina. Pero todavía están lejos de ser perfectos para muchos, toman tiempo para cargar y aún carecen de una infraestructura verdaderamente extensa, al menos en el Reino Unido.
Si bien es el estándar ahora, la tecnología de iones de litio podría no ser la respuesta final cuando se trata de impulsar vehículos eléctricos. Los supercondensadores brindan soluciones a algunos problemas persistentes con los autos totalmente eléctricos que funcionan con baterías, y también tienen beneficios adicionales para los híbridos. Pueden ser la sorpresa que necesita el mundo de los vehículos eléctricos, pero ¿qué son los supercondensadores, cómo funcionan y son tan de ciencia ficción como parecen?
¿Qué es un supercondensador?
Primero expliquemos qué es un supercondensador. A veces llamado ultracondensador, un supercondensador, como una batería, es un medio para almacenar y liberar electricidad. Pero en lugar de almacenar energía en forma de productos químicos, los supercondensadores almacenan electricidad en un estado estático, lo que los hace mejores para cargar y descargar energía rápidamente.
¡Al laboratorio de química!
Las baterías de iones de litio funcionan utilizando capas de celdas con electrodos positivos y negativos separados por un electrolito. Generan una carga a medida que los iones de litio se mueven de negativo a positivo cuando se descargan, y ocurre lo contrario cuando se cargan.
¿Cómo funcionan los supercondensadores?
Los capacitores, por otro lado, almacenan electricidad en un estado estático, en lugar de dejarla ‘atrapada’ en reacciones químicas. Abra un capacitor y encontrará dos placas conductoras, llamadas electrodos, separadas por un material aislante conocido como dieléctrico. Estas dos placas, una positiva y otra negativa, generan un campo eléctrico cuando se conectan a un circuito eléctrico, que polariza los átomos en el dieléctrico para que los átomos positivos estén del lado de la placa negativa y los átomos negativos del lado de una. placa positiva. . placa, creando así una carga.
En muchos sentidos, un supercondensador es simplemente un condensador más grande con placas de electrodos más grandes y menos distancia entre ellos, lo que permite almacenar una carga más grande en forma de energía potencial eléctrica. Un supercapacitor no usa un dieléctrico; en cambio, las placas de electrodos porosos se sumergen en un electrolito y se separan con un material de separación muy fino. Cuando una carga pasa a través de los electrodos, los átomos en ellos se polarizan, dando a los electrodos una carga positiva o negativa.
Luego, estos atraen electrones de polaridad opuesta en el electrolito y, por lo tanto, crean una doble capa eléctrica, lo que significa que los supercondensadores almacenan mucha más energía que los condensadores normales.
¿Cuáles son las ventajas de los supercondensadores?
Ya existen supercondensadores en automóviles con sistemas de frenado regenerativo. Esto se debe a su mayor densidad de energía que las baterías basadas en reacciones químicas, lo que les permite almacenar y descargar electricidad rápidamente, útil para recolectar la energía generada al frenar y liberarla rápidamente al acelerar.
Los autos completamente basados en celdas como el Toyota FCHV también usan supercondensadores para proporcionar energía de refuerzo que las celdas de combustible de hidrógeno luchan por hacer por sí solas.
Todavía tienen que reemplazar las baterías de iones de litio como fuente de energía principal, pero los vehículos eléctricos e híbridos avanzan año tras año, por lo que existe un gran potencial para que los supercondensadores desempeñen un papel más importante en los automóviles eléctricos de próxima generación y en la infraestructura de carga para apoyalos.
Debido a que los supercondensadores dependen de la física en lugar de la química para almacenar su energía, no se degradan de la misma manera que lo hacen las baterías de iones de litio. Esto podría representar una gran oportunidad para mejorar la vida útil de un automóvil eléctrico, así como para reducir el impacto ambiental del uso de celdas de energía de iones de litio.
Pero la mayor ventaja de los supercondensadores sobre las baterías de iones de litio y níquel-cadmio es su capacidad para cargarse y descargarse rápidamente; estamos hablando de cargar en minutos en lugar de horas. Por lo tanto, los supercondensadores podrían ser la panacea para reducir las horas que actualmente se necesitan para recargar un automóvil totalmente eléctrico, u ofrecer a los híbridos un impulso de velocidad, algo que explicaremos más adelante en este artículo.
Los supercondensadores también manejan muy bien la carga inalámbrica, que cuando se combina con la capacidad de carga a gran velocidad puede eliminar la necesidad de conectar los vehículos eléctricos a los puntos de alimentación y hacer que la carga sea un proceso más fluido.
¿Cuáles son las desventajas de los supercondensadores?
Hay dos problemas principales con los supercondensadores en este momento, y el más alarmante es la densidad de energía. Claro, los supercondensadores pueden absorber y entregar mucha energía, más rápido que las baterías de iones de litio, pero en este momento, no son capaces de almacenar tanta.
Es un problema que los hace menos adecuados para los autos eléctricos, pero eso no significa que deban desecharse en el futuro. No olvide que tomó un tiempo extraer un rango de kilometraje aceptable de los sistemas de baterías de iones de litio, por lo que hay oportunidades para que personas inteligentes mejoren la densidad de energía de los supercondensadores trabajando para mejorar su eficiencia.
Investigadores de la Universidad de Surrey han afirmado un gran avance en materiales para supercondensadores que podrían permitirles tener la gama de automóviles de gasolina, pero aún es pronto y no se verá en los supercondensadores actuales.
El segundo problema con los supercondensadores es cómo se descargan o la cantidad de tiempo que pueden mantener una carga. Actualmente, los supercondensadores no pueden mantener una carga durante tanto tiempo como una batería de iones de litio. Por ejemplo, si dejaste un automóvil impulsado por un supercondensador en el garaje durante una semana, es probable que lo encuentres gratis cuando regreses.
La carga rápida puede resolver este problema, pero debe tener a mano un cargador que tenga suficiente amperaje para proporcionar la alta carga que puede manejar un supercondensador. Probablemente no tenga un cargador doméstico que venga con unos pocos miles de amperios de sobra.
Inevitablemente, a medida que se avanza en los supercondensadores, podemos esperar un mejor almacenamiento de energía y formas de evitar que surjan descargas rápidas, lo que podría llevar a que los supercondensadores reemplacen los sistemas de baterías de iones de litio. Pero eso parece estar muy lejos.
¿Supercondensadores ahora? Una ayuda para los híbridos
Inevitablemente, a medida que se avanza en los supercondensadores, podemos esperar un mejor almacenamiento de energía y formas de evitar que surjan descargas rápidas, lo que podría llevar a que los supercondensadores reemplacen los sistemas de baterías de iones de litio. Pero eso parece estar muy lejos.
¿Y ahora qué? Si bien es posible que los supercondensadores no se vean en los vehículos eléctricos durante un tiempo, la tecnología ya se adapta perfectamente a los sistemas de propulsión híbridos. Los supercondensadores ya se utilizan para cargar rápidamente las fuentes de alimentación en los autobuses híbridos a medida que van de una parada a otra, pero los fabricantes de automóviles como Lamborghini están descubriendo que también pueden agregar un rendimiento adicional importante.
Cuando la potencia híbrida solo se usa para el rendimiento, los problemas como el alcance y la capacidad de mantener una carga no son tan importantes, razón por la cual ya estamos viendo la tecnología filtrándose en el mundo de los hiperautos.
El Lamborghini Sian combina un motor eléctrico de supercondensador de 34 hp junto con un Sant’Agata V12, para un rendimiento de menos de 3.0 segundos de 0 a 62 mph.
En Sian, el uso de un supercondensador es el único método para almacenar energía eléctrica, pero es posible que podamos obtener vehículos que también mezclen supercondensador y tecnología de iones de litio, disfrutando de los beneficios de ambos; Las baterías de iones de litio seguirían siendo la principal fuente de energía, pero los supercondensadores podrían aumentarlas para una descarga y recarga de energía más rápida durante la aceleración y el frenado.
¿Cuál es el futuro de los supercondensadores?
Solo estamos escupiendo una idea aquí, pero este automóvil puede funcionar con la energía de un supercondensador en la ciudad, donde hay infraestructura para admitir una carga rápida, saltando efectivamente de un punto de poder a otro. Luego, para viajes más largos, el automóvil puede cambiar a la batería de iones de litio con frenado regenerativo, lo que ayuda a aumentar el alcance.
Dado que Tesla compró al especialista en supercondensadores y baterías Maxwell en 2019, existe la posibilidad de que el fabricante de automóviles haga realidad este automóvil eléctrico; el tiempo dirá qué Tesla utiliza la tecnología de Maxwell.
Los supercondensadores ya se utilizan para cargar rápidamente las fuentes de alimentación en los autobuses híbridos a medida que van de una parada a otra. Estos cargadores actualmente no son comercialmente viables para la entrega a gran escala, pero a medida que más personas compren automóviles eléctricos, la infraestructura de carga probablemente se desarrollará hasta el punto en que los cargadores de supercondensadores generalizados se conviertan en una realidad.
Por lo tanto, podemos esperar ver puntos de carga de supercondensadores y almohadillas de carga inalámbricas alimentadas por ellos en las estaciones, como el equivalente eléctrico de una bomba de gasolina capaz de llenar un automóvil en minutos.
Para un poco de ciencia ficción, esta carga se puede extender aún más con supercondensadores integrados en las carreteras, que suministran energía constantemente a los autos eléctricos cuando pasan y se detienen en los semáforos. Fuera de los carriles exclusivos en las autopistas, esta vista puede parecer un poco exagerada.
Pero los sistemas, las baterías, la carga y la tecnología de los automóviles eléctricos están mejorando todo el tiempo, por lo que el alcance de los supercondensadores para amplificar los futuros vehículos eléctricos es electrizante.
