Un equipo de investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers, en Suecia, han estudiado la inserción de litio en la microestructura de las fibras de carbono, para poder utilizar la estructura mecánica de un vehículo eléctrico como parte de su batería. El artículo, de acceso abierto, ha sido publicado en la revista Multifunctional Materials. Según sus conclusiones, ciertas fibras de carbono comercializadas actualmente proporcionan capacidad electroquímica suficiente como para ser utilizadas como ánodos en la batería de un vehículo eléctrico.
Las fibras de carbono ya han demostrado su viabilidad como ánodos de baterías de litio de alta capacidad, lo que abre el camino para su uso como electrodos estructurales, es decir, cumpliendo una doble función: formar parte de la estructura del vehículo, soportando las cargas mecánicas, y del sistema de almacenamiento de energía eléctrica.
Los investigadores han estudiado la microestructura de diferentes tipos de fibras de carbono disponibles comercialmente y su comportamiento electroquímico para convertirlas en elementos multifuncionales. Las fibras de carbono con cristales pequeños y poco orientados tienen buenas propiedades electroquímicas, aunque mecánicamente su rigidez es inferior en comparación con las fibras de carbono formadas por cristales grandes y altamente orientados. En este caso las propiedades electroquímicas ofrecen un rendimiento por debajo del que se requiere para su uso como baterías estructurales.
La fibra de carbono posee propiedades electroquímicas compatibles con el almacenamiento energético.
Según explica Leif Asp, profesor de Mecánica de Materiales y Computación en la Universidad de Tecnología de Chalmers, "ahora sabemos cómo deben fabricarse las fibras de carbono multifuncionales para lograr una alta capacidad de almacenamiento de energía y garantizar una rigidez suficiente". En aplicaciones industriales como la automoción una ligera reducción de la rigidez no supone un problema importante. "El mercado está dominado actualmente por compuestos de fibra de carbono muy costosos, cuya rigidez se adapta al uso en aviación, pero que excede las necesidades de la industria automotriz", aclara Asp.
Las conclusiones del estudio afirman que las fibras de carbono con buenas propiedades electroquímicas ofrecen una rigidez ligeramente más alta que la del acero, mientras que las que ofrecen propiedades electroquímicas pobres, lo superan mecánicamente.
Actualmente el equipo de investigación está colaborando con las industrias de la automoción y la aviación para comenzar con las pruebas reales. Según explica Asp, en el caso de la aviación, sería necesario aumentar el grosor de los componentes de fibra de carbono, para compensar la pérdida de rigidez que, por otro lado, daría como resultado un aumento en la capacidad de almacenamiento de energía.
En el caso de la industria automotriz la clave está en optimizar todos los parámetros; peso, resistencia, rigidez y propiedades electroquímicas, para lograr un equilibrio que ofrezca seguridad y eficacia. "Se trata de definir una nueva estrategia de diseño, optimizando los componentes individuales", aclara Asp. Las baterías estructurales no son tan eficientes como las baterías tradicionales, pero su capacidad de soporte estructural puede ofrecer otras ventajas a la hora de diseñar un vehículo. Otra ventaja es su seguridad, ya que no contienen sustancias volátiles que puedan provocar incendios en caso de calentamientos excesivos.
