Un equipo de investigación de la Universidad de Tecnología de Queensland, en Australia, ha diseñado un supercondensador híbrido que puede recargarse diez veces más rápido que una batería de litio, y tiene una capacidad energética cercana a la de las baterías de hidruro metálico de níquel (Ni-Mh). La reducción de autonomía se vería compensada por unos tiempos de recarga mínimos, lo que implica que la infraestructura de recarga rápida sería clave para su implementación.

Las características de un sistema de almacenamiento eléctrico se miden fundamentalmente mediante dos parámetros. La densidad de energía, que se mide en Wh/kg, se refiere a la cantidad total de energía que un dispositivo puede almacenar por unidad de peso. La densidad de potencia, que se mide en W/kg, se refiere a la velocidad con que el dispositivo permite la entrada y salida energía mientras se carga y descarga.

Las baterías de litio, que almacenan la energía en forma química, ofrecen una densidad de energía relativamente alta, pero, sin embargo, se cargan con bastante lentitud (densidad de potencia baja). Por otro lado, los supercondensadores, almacenan la energía estáticamente en lugar de en forma química, lo que significa que pueden cargarse y descargarse mucho más rápido sin degradar sus estructuras internas. Por lo tanto, tienen una densidad de potencia muy alta, pero una densidad de energía mucho menor que la de las baterías químicas.

Los supercondensadores ofrcen altas tasas de carga y descarga pero poca capacidad de almacenamiento energético.

Los supercondensadores híbridos tratan de aprovechar lo mejor de los dos mundos, almacenando mucha más energía que un supercondensador normal y manteniendo su velocidad de carga. Instalado en un vehículo eléctrico, la autonomía sería inferior a la que ofrece una batería de litio de alta capacidad, pero la velocidad de recarga sería tan alta que, con una infraestructura de recarga adecuada, recuperar esa energía sería cuestión de minutos.

La investigación publicada el pasado mes de diciembre por Advanced Materials por el equipo de QUT describe un diseño en el que se utiliza un electrodo negativo basado en carburo de titanio, propio de los condensadores, y un electrodo positivo híbrido de grafeno, propio de las baterías. Según el equipo, el resultado es un condensador híbrido con una densidad de potencia (y por lo tanto capacidad de carga) “de aproximadamente 10 veces mayor que la de las baterías de litio”, y una densidad de energía (capacidad) “cercana a la de las baterías de hidruro metálico de níquel (Ni-Mh)”.

La publicación ofrece las cifras reales obtenidas en las condiciones de laboratorio. La densidad de energía lograda es de hasta 73 Wh/kg, alrededor del 28% de lo que ofrecen las baterías de los vehículos eléctricos de última generación. La densidad de potencia es de hasta 1.600 W/kg, muy alta en comparación con las de las baterías de litio que alcanzan alrededor de los 250-340 W/kg.

Por ejemplo, un paquete de baterías como el del Tesla Model S Plaid + pasaría de ofrecer 837 kilómetros de autonomía a 233 kilómetros (el 28%), pero se cargaría cinco veces más rápido, hasta a 1.250 kW. Con este sistema de almacenamiento, la infraestructura de recarga de alta potencia se convierte en fundamental. Además, necesitarían poder ofrecer potencias de carga del orden de los MW, lo que ejercería una presión extrema en la red de energía que podría precisar de grandes sistemas de almacenamiento de energía estacionarios.

De la misma manera que la potencia de recarga aumenta, también lo hace la potencia de salida, que sería descomunal. El supercondensador híbrido del Tesla Model S Plaid + del ejemplo anterior, podría alimentar unos motores eléctricos cinco veces más potentes que los del actual, que ya genera 1.100 CV de potencia.

El equipo de QUT también ha observado que la durabilidad de estos supercondensares híbridos es el doble que la de las baterías de litio, de manera que, en el banco de pruebas, conservan el 90% de su capacidad de almacenamiento inicial después de 10.000 ciclos completos de carga y descarga.

Skeleton y el KIT desarrollan SuperBattery, una batería de litio con supercondensadores de grafeno.

La reducción de la autonomía que conllevaría el uso de este tipo de supercondensadores híbridos puede impedir que, en el medio plazo, reemplacen a las baterías de litio de los vehículos eléctricos, donde la ansiedad de rango sigue siendo un problema para los compradores. La empresa Skeleton, desarrolladora de SuperBattery, una batería de grafeno que permite que se utilice la rápida capacidad de almacenamiento de los ultracondensadores y cargarse en tan solo 15 segundos, indica que esta tecnología encontrará su espacio en muchas aplicaciones intermedias. Pueden reemplazar a las baterías de plomo-ácido, que todavía requieren los vehículos eléctricos de hoy en día para alimentar los servicios auxiliares, y pueden ser muy adecuadas para suavizar la curva de demanda de energía y la gestión de carga máxima en entornos industriales.