Investigadores de la Universidad de Birmingham están trabajando en un sistema de almacenamiento de energía que combina la «energía de microondas» y una «bomba de calor química» para producir calefacción o refrigeración, según las demandas del usuario.
El dispositivo lleva por apodo «e-Thermal bank» diseñado como una fuente de energía secundaria para vehículos eléctricos, que puede aprovechar la electricidad para impulsar un sistema termoquímico de alta densidad (1600 Wh/Kg). O en otras palabras, un banco térmico disponible y con eficiencia eléctrica.
El proceso de carga con «energía de microondas»
[post_relacionado]Durante la descarga, el proceso se invierte alimentando el vapor a un reactor para generar calor, mientras que la fase opuesta utiliza un evaporador para generar enfriamiento simultáneamente. En efecto, este proceso de carga almacena la energía de microondas dentro del coche, en el banco e-Thermal.
El profesor Yongliang Li, Ingeniería de Energía Térmica en la Escuela de Ingeniería Química dela Universidad de Birmingham explicaba, “Nuestro objetivo era transferir estas tareas de gestión térmica a un proceso impulsado por microondas. El microondas es un método de calentamiento rápido, porque las microondas penetran uniformemente a través de los materiales y, por lo tanto, entregan energía de manera uniforme al cuerpo del material.
El coste de la energía se puede minimizar, acoplando un medidor inteligente para cargar el sistema. De esta manera, la energía almacenada estaría disponible para su uso en cualquier momento. Esto sucede porque al reemplazar el HVAC convencional y, «posiblemente una pequeña porción del paquete de baterías», los bancos e-Thermal proporcionarían un control eficiente de la temperatura de la cabina y una extensión del alcance de hasta el 70%, a un costo menor que aumentar la capacidad de la batería”, añadió Li.
Aumentar la capacidad de la batería de los vehículos eléctricos
El «e-Thermal bank« de la Universidad de Birmingham es una forma sencilla pero eficaz de aumentar la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos. Otros expertos en todo el mundo, han estado trabajando en tecnologías destinadas a aumentar la capacidad energética de las baterías de vehículos eléctricos.
El profesor Soojin Park y el Dr. Hye Bin Son del Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) han desarrollado una batería de iones de litio de alta densidad de energía utilizando micropartículas de silicio y electrolitos de polímero en gel, propiedades que aumentan la densidad de energía de la batería hasta un 40%.
No obstante, el uso de silicio como material para baterías presenta varios desafíos. En primer lugar, el silicio aumenta su volumen más de tres veces durante la carga y luego se contrae a su tamaño original mientras se descarga, lo que afecta negativamente la eficiencia de la batería.
¿El uso de silicio como material ideal?
El empleo de silicio de tamaño nano métrico (10-9 m) soluciona el problema. Desafortunadamente, el proceso de producción no solo es muy complejo sino también astronómicamente caro, un factor poco práctico para las baterías comerciales.
El equipo de investigación de POSTECH ha logrado desarrollar un sistema de batería económico pero estable basado en silicio, utilizando electrolitos de polímero en gel. A diferencia de los electrolitos líquidos convencionales, los electrolitos en gel existen en estado sólido o gel en una estructura polimérica elástica que exhibe una mejor estabilidad que sus electrolitos líquidos.
Entonces, los científicos emplearon un haz de electrones para formar enlaces covalentes entre electrolitos en gel y partículas de microsilicio. Estos enlaces covalentes dispersan la tensión interna causada por la expansión del volumen, aliviando los cambios en el volumen del microsilicio y mejorando la estabilidad estructural.
Un nuevo descubrimiento en el rendimiento
El resultado fue notable: la nueva batería muestra un rendimiento estable incluso con micropartículas de silicio (5μm), cien veces más grandes que las utilizadas en los ánodos de nanosilicio tradicionales. Y lo mejor: la nueva batería tiene una densidad de energía un 40% mayor que las baterías de iones de litio convencionales. Además, el sencillo proceso de fabricación facilita su comercialización y optimiza su uso en los futuros vehículos eléctricos.
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Fuente: University of Birmingham