Entre las especificaciones técnicas de un coche eléctrico, la potencia del motor y la capacidad de la batería son tan cruciales como la velocidad de recarga en corriente continua. Esta última determina cuánto tiempo se pasará en una estación de recarga esperando a que el proceso se complete. Por lo general, la velocidad de recarga se asocia a un punto específico dentro de la curva de carga que lleva a la batería desde el 0% hasta el 80% de su capacidad.
Esa velocidad, que en realidad es una potencia de carga, depende de la capacidad del punto de suministro, de la tecnología de la batería y del sistema eléctrico del coche. En muchas ocasiones la potencia máxima de recarga que se muestra en la ficha técnica solo logra mantenerse durante un corto espacio de tiempo. En definitiva, el tiempo que se tarda en cargar el coche es muy variable y depende de muchos factores.
Un avance con base química que podría cambiar para siempre el proceso de recarga
La investigación, detallada en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, podría llevar a la creación de dispositivos de almacenamiento de energía más eficientes, como los supercapacitadores. Así lo asegura Ankur Gupta, profesor asistente de ingeniería química y biológica en la Universidad de Colorado Boulder.
En su comunicado, Gupta afirma que “dado el papel fundamental de la energía en el futuro del planeta, me sentí inspirado a aplicar mis conocimientos de ingeniería química al avance de los dispositivos de almacenamiento de energía que parecía que era un tema estaba poco explorado y, como tal, una oportunidad perfecta".
Diversas técnicas de ingeniería química, comúnmente empleadas para analizar el flujo en materiales porosos como los depósitos de petróleo y la filtración de agua, no se han explotado plenamente en ciertos sistemas de almacenamiento de energía.
El hallazgo es significativo no solo para recargar energía en vehículos y dispositivos electrónicos, sino también para las redes eléctricas. En estas últimas, donde las fluctuaciones en la demanda de energía son comunes, se necesita un almacenamiento eficaz para evitar el desperdicio durante los períodos de baja demanda y garantizar un suministro rápido en momentos de alta demanda.
El secreto de los supercondensadores
Los supercondensadores almacenan energía estáticamente en lugar de hacerlo en forma química, lo que les permite cargarse y descargarse de manera mucho más rápida sin que se degrade su estructura interna. Esto les confiere una alta densidad de potencia, pero una densidad de energía considerablemente menor que la de las baterías químicas.
Se basan en la acumulación de iones en sus poros para almacenar energía y por eso son capaces de ofrecer tiempos de carga rápidos y una vida útil que las baterías. "El principal atractivo de los supercondensadores reside en su velocidad", afirmó Gupta. "Entonces, ¿cómo podemos acelerar la carga y liberación de energía? Mediante un movimiento más eficiente de los iones".
Descubriendo el eslabón perdido
Los resultados de su investigación alteran la ley de Kirchhoff, que ha sido fundamental en el estudio del flujo de corriente en los circuitos eléctricos desde 1845 y que se enseña en las clases de ciencias de secundaria.
Con ella se establecen dos principios fundamentales en la teoría de circuitos eléctricos: la ley de corrientes de Kirchhoff (o primera ley) y la ley de tensiones de Kirchhoff (o segunda ley). La primera ley establece que la suma algebraica de las corrientes que entran y salen de un nodo en un circuito eléctrico es igual a cero. La segunda ley establece que la suma algebraica de las diferencias de potencial (voltajes) en cualquier lazo cerrado de un circuito eléctrico es igual a cero. Estos principios son aplicables tanto a circuitos de corriente continua como a corriente alterna.
Sin embargo, a diferencia de los electrones, los iones se desplazan debido a campos eléctricos y difusión. Los científicos han descubierto que su comportamiento en las intersecciones de los poros es distinto de lo que se describe en la ley de Kirchhoff.
Antes de esta investigación, en la literatura científica, la descripción de los movimientos iónicos se limitaba a poros individuales y rectos. Sin embargo, este estudio ha permitido simular y prever en cuestión de minutos el movimiento de iones en una red compleja compuesta por miles de poros interconectados. "Ese es el gran avance del trabajo", termina diciendo Gupta. "Encontramos el eslabón perdido".
