El Caballo Oscuro en la Carrera hacia los Coches Híbridos


Muchos automovilistas se ríen con suficiencia después de darles a sus autos un poco de gasolina extra para dejar el Toyota Prius o algún otro automóvil ecológico en el polvo. Pero Toyota y su amante de la Tierra aún pueden reírse mientras cultivan nuevos avances alentadores en tecnología de ultracapacitadores que prometen que algún día pondrán a los híbridos en el asiento del conductor. La mayor v

Muchos automovilistas se ríen con suficiencia después de darles a sus autos un poco de gasolina extra para dejar el Toyota Prius o algún otro automóvil ecológico en el polvo. Pero Toyota y su amante de la Tierra aún pueden reírse mientras cultivan nuevos avances alentadores en tecnología de ultracapacitadores que prometen que algún día pondrán a los híbridos en el asiento del conductor.

La mayor victoria hasta ahora para los autos, impulsada por una combinación de electricidad y gas, llegó hace unas semanas cuando un coupé Toyota Supra HV-R equipado con un ultracapacitador se convirtió en el primer híbrido en ganar la carrera de autos de resistencia de 24 horas celebrada en la japonesa Tokachi. Autopista internacional. El Supra híbrido completó 616 vueltas del curso de 5.1 kilómetros (aproximadamente tres mil millas), 19 vueltas más que el Nissan Fairlady Z no híbrido del segundo lugar. "El Toyota que ganó pudo entregar energía más rápido, acelerar más rápido y usar la generación de frenos. de manera más eficiente ", dice Kevin Mak, analista de la firma de investigación y análisis Strategy Analytics y autor de un estudio reciente que explora el potencial de los ultracapacitores para complementar y posiblemente incluso reemplazar las baterías en vehículos híbridos. "Los días del gran paquete de baterías de vehículos híbridos pueden estar numerados", agrega.

La razón, dice: tecnología de condensadores que almacena energía en el campo eléctrico entre un par de conductores muy separados. Un ultracapacitor, también llamado supercapacitor, es un capacitor electroquímico con una densidad de energía más alta que los capacitores normales, lo que potencialmente los hace más adecuados para vehículos híbridos.

Los ultracondensadores almacenan electricidad al separar físicamente las cargas positivas y negativas. Las baterías almacenan energía utilizando productos químicos tóxicos y su eficacia se desvanece con el tiempo. Además, reciclar los metales pesados ​​en baterías es una tarea difícil. Los condensadores, por otro lado, están construidos con nanotubos de carbono fino mucho más pequeños, dice Mak.

Una de las principales ventajas de los ultracapacitores es su capacidad para capturar eficientemente la electricidad de los sistemas de frenos regenerativos y proporcionar esa electricidad para impulsar la aceleración de un automóvil. Los ultracapacitores no solo se cargan más rápido que las baterías, sino que también liberan energía más rápidamente, dice Mak.

Un inconveniente de su uso es la incapacidad de la tecnología para almacenar tanta energía como una batería. Pero la carrera de Tokachi demostró que los ultracapacitores podrían usarse más en conjunto con baterías más pequeñas para alimentar a los autos híbridos. "Sin la necesidad de productos químicos, los condensadores pueden ser más livianos, lo que permite al fabricante de autos híbridos mejorar aún más la economía de combustible y reducir los costos", dice Mak. "El bajo peso haría que los trenes de potencia híbridos estén más fácilmente disponibles para los segmentos de automóviles compactos, como se ha visto en automóviles conceptuales de Honda y Mazda desde 1997".

Sin embargo, la mayoría de las compañías automovilísticas están más interesadas en los avances en baterías de ión litio que en la evolución ultracapacitora. A principios de este mes, General Motors Corp. firmó un acuerdo con A123Systems para desarrollar su tecnología de batería de iones de litio con nanofosfato para automóviles. Las baterías de A123Systems hoy en día se utilizan principalmente en herramientas eléctricas inalámbricas. Híbridos como el Toyota Prius y el Ford Escape utilizan baterías de hidruro de níquel-metal que son más grandes que los sistemas de iones de litio, el último de los cuales puede almacenar más energía eléctrica en un espacio más pequeño. Se espera que las primeras baterías de automóvil A123 estén listas para que GM las pruebe en octubre, y la compañía planea tener su próxima generación de vehículos eléctricos en el mercado para fines de 2010.

Los condensadores no han sido competitivos con las baterías en el pasado, porque no han ofrecido una mayor densidad de energía, dice Olgierd Palusinski, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Arizona. Palusinski argumenta que la densidad de energía es una medida incluso mejor que la capacidad de almacenamiento de cuán efectiva puede ser una fuente de energía. "Podría tener un almacenamiento de carga muy alto pero a un voltaje muy bajo", señala.

Investigadores de la Universidad de Arizona, incluido Palusinski, han estado desarrollando una nueva tecnología de condensadores diseñada para dar a los autos híbridos lo mejor de ambos mundos: la capacidad de convertir rápidamente la energía mecánica en electricidad y almacenar esa energía, así como de cargar y descargar energía rápidamente. Para ayudar a los coches a acelerar o frenar.

Este nuevo dispositivo se llama Dispositivo de almacenamiento de energía digitalizado (DESD), que tiene una relación de capacitancia a volumen que es más de 10, 000 veces más grande que un condensador de placa paralela convencional del mismo tamaño. Los investigadores fabrican condensadores de DESD utilizando membranas porosas como plataformas de plantilla. Las membranas tienen un diámetro de poro que varía de 15 nanómetros a una micra y una densidad de orificios de 10 millones a 100 billones de poros por centímetro cuadrado (0.16 pulgada cuadrada). Los DESD podrán proporcionar 130 julios por gramo (0, 35 onzas), dice Palusinski, y agregó que una batería química proporciona aproximadamente 100 julios por gramo. Sin embargo, las baterías de iones de litio pueden proporcionar hasta 600 julios por gramo.

Palusinski prevé un día en que los DESD reemplazarán las baterías en los automóviles, aunque actualmente ningún fabricante de automóviles está trabajando con la tecnología que él y sus colegas desarrollaron. Es más probable que las implementaciones a corto plazo de la tecnología DESD se utilicen para alimentar algo mucho menos exigente, como los sensores utilizados para detectar el movimiento de las alarmas y los sistemas de iluminación.

A pesar del éxito de Toyota con los ultracapacitores, la mayoría de los fabricantes de automóviles en los últimos años se han centrado en los nuevos desarrollos de las baterías de iones de litio más ligeras y estables, dice Brett Smith, analista de combustible alternativo en el Centro de Investigación Automotriz en Ann Arbor, Michigan

"Pasar del tipo de batería de litio que se usa en las computadoras portátiles a una batería de iones de litio con nanofosfato puede haber sido el invento o el cambio de paradigma que requería la industria", dice Smith. "Ahora el desafío es si pueden bajar el costo". Esa es la pregunta fundamental que probablemente determinará en última instancia el destino de los ultracapacitores utilizados en los automóviles híbridos.