El mundo de la automoción ha sufrido una considerable transformación en la última década, condicionada sobre todo por las emisiones y la contaminación, que han abierto el camino a la movilidad eléctrica.
Pero esta movilidad está llena de desafíos, tanto, que su crecimiento, constante, está siendo más lento de lo que cabría esperar. Uno de los principales motivos tiene que ver con las baterías que mueven los coches eléctricos, con una autonomía que, en la mayoría de los casos, suele ser limitada, y que, además, tarda mucho tiempo en recargarse, eso sin hablar de los puntos de carga públicos y las dificultades de cargarlos fuera de la instalación que pueda tener uno mismo en su casa.
Las baterías son, digamos, elementos que van aparte del coche, se fabrican por separado y luego se integran. Son muy pesadas y suelen situarse en el suelo del vehículo y su única función, que no es poca, es aportar energía, pero no contribuyen a la resistencia y a la rigidez de la carrocería, más bien la comprometen.
Por este motivo, el verdadero reto al que se enfrenta la movilidad eléctrica para que termine de explotar, para que realmente el consumidor apueste por ella, está directamente relacionado con el avance de las nuevas baterías, y la carrera industrial está siendo encarnizada, especialmente en China, donde cuentan con los elementos, o, mejor dicho, las tierras raras, necesarias para optimizarlas. Aunque en Estados Unidos y en Europa también buscan alternativas eficientes y que no dependan del suministro del gigante asiático.
Es aquí donde surge una alternativa que llega desde nuestro continente, desde Suecia, y que precisamente quiere cambiar el planteamiento indicado, el de unas baterías pesadas que se instalan en la parte inferior del vehículo y que no aportan más que energía.
En Davos, en el Foro Económico Mundial, se ha presentado un proyecto de la Universidad Tecnológica de Chalmers llamado batería estructural, un material compuesto de fibra de carbono que puede almacenar energía eléctrica al mismo tiempo que puede soportar la carga mecánica del vehículo, es decir, una batería que haga, en cierta manera, de chasis.
Esta tecnología podría reducir el peso de un coche en un 25%, ya no habría baterías por separado, y cuanto menos peso, más eficiencia y más autonomía, hasta un 70% más según los cálculos de la investigación.
Batería estructural
Las baterías estructurales pretenden combinar dos funciones, la capacidad de soportar la carga y la de almacenar energía, algo que no se había realizado hasta el momento. La idea es incrustar celdas de batería dentro de materiales compuestos como es la fibra de carbono. Una batería convencional añade peso y ocupa espacio, pero de esta forma, se reduce la masa total y no se renuncia a la resistencia mecánica, incluso se puede mejorar.
La comparación que usan los propios investigadores es la de un esqueleto humano: igual que los huesos sostienen el cuerpo y a la vez producen células sanguíneas, este material aguanta el peso del coche y almacena la energía al mismo tiempo. Cuando la batería pasa a formar parte de la estructura, su masa, en la práctica, «desaparece», de ahí que se hable de almacenamiento de energía «sin masa».
El elemento utilizado es la fibra de carbono como electrodo y como refuerzo estructural a la vez. La fibra de carbono es el electrodo negativo, donde además hace de colector de corriente y de material activo, lo que permite prescindir del cobre y la plata y rebajar todavía más el peso. En la última versión, el electrodo positivo también es fibra de carbono, en este caso recubierta de fosfato de hierro y litio, con un tejido de fibra de vidrio como separador entre ambos. Gracias a esta configuración, se puede almacenar energía eléctrica mientras aguanta esfuerzos mecánicos de manera simultánea.
Conviene poner el logro en contexto: Chalmers lleva en esto desde 2018, cuando el equipo del profesor Leif Asp demostró por primera vez que la fibra de carbono podía almacenar energía, y ha desarrollado el trabajo en distintas fases junto al Real Instituto de Tecnología KTH de Estocolmo. El salto más reciente, publicado en la revista Advanced Materials, multiplica por diez el rendimiento multifuncional de los primeros prototipos.
Menos peso y más espacio
De llegar a consolidarse esta idea, estaríamos hablando de un cambio radical en cuanto a lo que es hoy en día un coche eléctrico. Si ya no hay que instalar las baterías de forma independiente, se va a ganar espacio, y también se va a reducir peso, ya que la propia batería estructural haría varias funciones al mismo tiempo. De hecho, el peso podría reducirse en un 25%. Y esto implica más rendimiento, y sobre todo, más autonomía, ya que un coche más ligero no necesita tanta energía para moverse, y es ahí donde podemos encontrar la cifra más llamativa de este proyecto, porque dicen que habría un 70% más de autonomía.
Y no solo eso, habría más espacio interior, que podría aprovecharse de muchas formas, para que los pasajeros quepan mejor, para almacenaje, o se podrían cambiar los diseños de muchos de los coches actuales. Las posibilidades son muchas y variadas.
Las aplicaciones, de hecho, van mucho más allá del coche. Los propios investigadores calculan que esta tecnología podría llegar a reducir a la mitad el peso de un portátil o hacer que un móvil sea tan fino como una tarjeta de crédito, además de resultar interesante para bicicletas eléctricas, aviones o satélites, precisamente por ese ahorro de peso.
El reto de la densidad energética
Si hay algo que todavía hay que trabajar con este nuevo sistema, tiene que ver con la densidad energética, de 30 vatios hora por kilogramo, una cifra que está muy por debajo de los 250 o 300 vatios hora por kilogramo que son capaces de alcanzar las baterías de ion litio convencionales que montan los coches eléctricos. Aunque los investigadores dicen que esa diferencia se compensa con los beneficios de peso, espacio y autonomía.
Esos 30 Wh/kg suponen en torno a un 20% de la capacidad de una batería de litio actual, pero también, y esto es importante, una menor densidad energética se traduce en un plus de seguridad, un asunto especialmente sensible cuando la batería es a la vez la carrocería que protege a los ocupantes.
Los investigadores insisten en que esa diferencia se compensa con los beneficios estructurales del sistema, al eliminar componentes estructurales independientes y la propia carcasa de la batería, el balance del sistema completo resulta mucho más favorable de lo que sugiere la cifra de densidad energética aislada.
Eso sí, conviene no lanzar las campanas al vuelo: se trata todavía de un desarrollo de laboratorio, y los propios responsables reconocen que aún quedan años para verlo en un coche de calle, con retos abiertos como subir la densidad energética, industrializar la fabricación de la fibra de carbono y rebajar su coste. Chalmers ha creado una empresa derivada, Sinonus, para intentar dar precisamente ese salto del laboratorio al mercado.
Lo que queda claro es que la industria ha identificado qué es lo que hace falta para impulsar el coche eléctrico, las baterías, y por eso, se están llevando a cabo multitud de proyectos y trabajos para poder impulsar esta movilidad.
