Condensadores como acumuladores de energía en los vehículos eléctricos
Condensadores como acumuladores de energía en el vehículo eléctrico
Los sistemas de acumulación de energía de los automóviles eléctricos son los siguientes:
Condensadores como acumuladores de energía
Hoy en día, los vehículos eléctricos están acaparando la atención por su capacidad de no emitir carbono o evitar pagar por el alto precio del combustible. Por ello, poco a poco la popularidad de los vehículos eléctricos está creciendo. En estos momentos, los fabricantes de automóviles, que anteriormente se centraron en la producción de los vehículos convencionales, están dándose cuenta que el futuro del mercado automovilístico se dirige hacia los vehículos eléctricos. Por lo tanto, esto se ha convertido en una carrera para hacerse hueco en este nuevo mercado.
A día de hoy existe el dispositivo que sustituirá a las actuales baterías de los coches eléctricos: los condensadores de alta capacidad.
La mayoría de personas podría pensar que los vehículos eléctricos son la respuesta al problema del transporte sostenible. Pero no hay que olvidar que aún quedan muchos escollos por superar para que la electromovilidad comience a ser una realidad en nuestro día a día.
Una de las dificultades para solucionar son las baterías, ya que éstas hoy en día no son rival para los coches convencionales, entre otros motivos por su reducida autonomía y por los escasos puntos de recarga para coches eléctricos.
Los condensadores de alta capacidad: rápidos y eficientes
Condensadores como acumuladores de energía
Son unos dispositivos de almacenamiento de energía, que a diferencia de las baterías actuales, pueden almacenar grandes cantidades de energía y pueden soportar una gran cantidad de ciclos de carga y descarga sin degradarse. Lo cual se traduce en una vida más larga y que no necesitan ser reemplazadas con tanta frecuencia. Además, los condensadores de alta capacidad son capaces de capturar y almacenar la energía eléctrica que se genera cuando se frena.
Los condensadores de alta capacidad aún están en proceso de desarrollo siendo el sustituto de las actuales baterías. Si pueden utilizarse con éxito en la electromovilidad, estaremos ante un gran avance para los coches eléctricos y las motos eléctricas.
Ventajas
- Larga vida, más seguro y más ecológicos: las baterías recargables tradicionales se desgastan normalmente en unos pocos años y sus electrolitos químicos altamente reactivos presentan un peligro para la seguridad y su eliminación.
- Bajo coste por ciclo.
- Altas tasas de carga y descarga.
- Alta potencia específica: la potencia específica de eléctricos de doble capa puede ser superior a 6 kW/kg con una eficiencia del 95%.
- Mejora de la seguridad: electrolitos no corrosivos y baja toxicidad de los materiales.
- Métodos simples de carga.
Desventajas
- La cantidad de energía almacenada por unidad de peso es generalmente más baja de la de una batería electroquímica.
- Tiene la absorción máxima dieléctrica de cualquier tipo de condensador.
- Alta auto-descarga: la tasa es considerablemente mayor que la de una batería electroquímica.
Los condensadores presentan el inconveniente de almacenar cantidades muy limitadas de carga, así que la investigación se ha encargado de introducir modificaciones en sus principios de funcionamiento y multiplicar su capacidad hasta llegar a los supercondensadores. De este modo, nos encontramos con otro mecanismo de almacenamiento de energía que ya comienza a ser utilizado en automoción y que abre nuevas posibilidades y horizontes: Los supercondensadores.
La principal ventaja de los supercondensadores es la gran cantidad de energía que pueden mover en muy poco tiempo, permitiendo intensidades de carga y descarga muy superiores a las que puedan soportar las baterías. Por otra parte, los supercondensadores no tienen la limitación del número de ciclos de carga y descarga de las baterías. En algunos casos, el fabricante garantiza una vida superior a 1000000 de ciclos de carga y descarga.
Supercondensadores
Condensadores como acumuladores de energía
También llamados supercapacitores, ultracondensadores o ultracaps, son capaces de almacenar energía electroquímicamente. No se basan en una reacción química en los materiales de los electrodos, sino en un proceso físico de almacenamiento de carga en las superficies de los mismos.
Su principal característica es la gran potencia específica que pueden entregar y recibir, mucho más elevada que la que ofrecen las baterías. En cambio, las densidades de energía son sensiblemente inferiores (5Wh/kg).
Así, los supercondensadores se agrupan en módulos conectados en serie, en un formato parecido al de las baterías. Un módulo de 125 V puede tener una potencia de 20kW, característica muy interesante si se contempla la opción de combinar baterías y supercondensadores en el mismo vehículo.
Este mix complicaría la gestión electrónica del funcionamiento del vehículo, pero permitiría aprovechar las ventajas de ambos dispositivos a la vez. Los supercondensadores liberarían toda su energía en un corto espacio de tiempo cuando la potencia requerida por el motor fuese muy elevada (arranques o pendientes pronunciadas, o recuperarían su carga en las frenadas más potentes, las que las baterías no fueran capaces de aprovechar completamente. Las baterías, dada su capacidad de acumular una mayor cantidad de energía, servirían para el funcionamiento en marcha “constante” del vehículo.
Supercondensadores en vehículos híbridos
Los supercondensadores también son un recurso a tener en cuenta en vehículos híbridos serie. En ellos, la electricidad que alimenta el motor se genera a partir de un grupo electrógeno activado por un motor de combustión. En las situaciones de gran potencia requerida podría utilizarse la descarga del supercondensador, así como en grandes recuperaciones en frenadas.
Si se diseña correctamente, casi podría decirse que después de cada frenada, la arrancada sale gratis. No parece una opción equivocada teniendo en cuenta que se producen numerosas frenadas, aparte de ahorrar la humareda del motor diésel en el arranque utilizado sólo la energía acumulada para iniciar la marcha después de cada parada.
Otra limitación que tienen estos dispositivos es la poca tolerancia a altas temperaturas. Sus elementos pierden rendimiento y empiezan a destruirse a partir de 55ºC, por lo que hay que intentar mantenerlos por debajo de este límite. Actualmente esta característica no tiene por qué ser un problema, ya que por sí mismos no se calientan mucho y, con un buen sistema de refrigeración, se pueden mantener por debajo de 55ºC sin muchas complicaciones. Merecen especial atención su larga vida útil, sin mantenimiento, y sin ningún tipo de riesgo en su correcta utilización. Además, no contienen materiales contaminantes ni generan residuos.
Grafeno
Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-NC-ND . Condensadores como acumuladores de energía
El grafeno es una forma de carbono. Además es un compuesto orgánico que no solo se puede reciclar sin contaminar, sino que es compostable. Serviría para hacer abono junto con otros restos orgánicos. Con el grafeno se podría fabricar condensadores que tendrían mucha más capacidad que los actuales y que no serían tan contaminantes a la hora de ser desechados, o bien no serían tan delicados de reciclar, como las actuales baterías.
Y mantendríamos igualmente las ventajas de los condensadores, con lo que se tendría un coche eléctrico a menor precio que si tuviera baterías, podría tener más autonomía y sobre todo se podría recargar mucho más rápido, en uno o dos minutos.
¿Podemos esperar entonces en la práctica recargar por completo un coche en unos solos minutos? Probablemente no ya que esto requeriría potencias de carga excesivamente altas, pero sí podríamos tener recargas parciales a potencia alta, pero asumible, con las que recuperar parte de la autonomía del coche en menos tiempo que ahora.
Otras opciones podrían ser encontrar aún más útil los sistemas de recarga rápida inalámbrica y recargar aprovechando paradas cortas como los semáforos, o tener estaciones de recarga que acumulen energía durante todo el día, y la trasvasen muy rápidamente a los supercondensadores del coche.
Otra ventaja añadida es que la recarga rápida de un supercondensador no presenta problemas sobre la vida útil del acumulador. Este problema que no está del todo eliminado cuando se utiliza la recarga rápida en baterías. Conviene no abusar de la recarga rápida en las baterías de iones de litio y debe estar muy bien estudiado el sistema de refrigeración de las mismas para la recarga a alta potencia no las sobrecaliente y deteriore.
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En la universidad de california hay un equipo de investigación trabajando en los supercondensadores de grafeno. Utilizan óxido de grafito disuelto en agua y lo calientan con luz láser para obtener láminas de grafeno flexibles. Descubrieron por casualidad que si solapaban varias láminas y las cargaban durante dos o tres segundos, ese supercondensador era capaz de mantener encendida una pequeña bombilla durante algo más de cinco minutos. Por ahora su trabajo es muy esperanzador, esperemos que termine llegando a buen puerto y finalmente se aplique a nivel industrial.
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