Un estudio dirigido por la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, ha demostrado que las fibras de carbono pueden funcionar como electrodos de batería, almacenar energía directamente. Esto abre nuevas oportunidades para las baterías estructurales, donde la fibra de carbono pasa a formar parte del sistema energético. El uso de este tipo de material multifuncional puede contribuir a una reducción de peso significativa en los aviones y vehículos del futuro, un desafío clave para la electrificación.

Los aviones de pasajeros deben ser mucho más ligeros de lo que son hoy para poder funcionar con electricidad. La reducción de peso también es muy importante para los vehículos con el fin de ampliar la distancia de conducción por carga de batería.

Leif Asp, Profesor de Mecánica de Materiales y Computacional en la Universidad Tecnológica de Chalmers, lleva a cabo investigaciones sobre la capacidad de las fibras de carbono para realizar más tareas que simplemente actuar como material de refuerzo. Pueden almacenar energía, por ejemplo.

"Entonces, la carrocería de un automóvil no sería simplemente un elemento de soporte de carga, pero también actúa como batería, ", dice." También será posible utilizar la fibra de carbono para otros fines, como la recolección de energía cinética, para sensores o para conductores tanto de energía como de datos. Si todas estas funciones fueran parte de la carrocería de un automóvil o avión, esto podría reducir el peso hasta en un 50 por ciento ".

Asp encabezó un grupo multidisciplinario de investigadores que recientemente publicó un estudio sobre cómo la microestructura de las fibras de carbono afecta sus propiedades electroquímicas, es decir, su capacidad para funcionar como electrodos en una batería de iones de litio. Hasta ahora, este ha sido un campo de investigación inexplorado.

Los investigadores estudiaron la microestructura de diferentes tipos de fibras de carbono disponibles comercialmente. Descubrieron que las fibras de carbono con cristales pequeños y mal orientados tienen buenas propiedades electroquímicas pero una rigidez menor en términos relativos. Si compara esto con las fibras de carbono que tienen grandes, cristales muy orientados, tienen mayor rigidez, pero las propiedades electroquímicas son demasiado bajas para su uso en baterías estructurales.

"Ahora sabemos cómo se deben fabricar las fibras de carbono multifuncionales para lograr una alta capacidad de almacenamiento de energía, asegurando al mismo tiempo una rigidez suficiente, "Dice Asp." Una ligera reducción en la rigidez no es un problema para muchas aplicaciones como los automóviles. Actualmente, el mercado está dominado por costosos compuestos de fibra de carbono cuya rigidez se adapta al uso de los aviones. Por tanto, existe cierto potencial aquí para que los fabricantes de fibra de carbono amplíen su utilización ".

En el estudio, los tipos de fibra de carbono con buenas propiedades electroquímicas tenían una rigidez ligeramente superior a la del acero, mientras que los tipos cuyas propiedades electroquímicas eran deficientes son un poco más del doble de rígidos que el acero.

Los investigadores están colaborando con las industrias automotriz y de aviación. Leif Asp explica que para la industria de la aviación, puede ser necesario aumentar el espesor de los compuestos de fibra de carbono, para compensar la rigidez reducida de las baterías estructurales. Esto sería, Sucesivamente, también aumentan su capacidad de almacenamiento de energía.

"La clave es optimizar los vehículos a nivel del sistema, según el peso, fuerza, rigidez y propiedades electroquímicas. Eso es algo así como una nueva forma de pensar para el sector de la automoción, que está más acostumbrado a optimizar componentes individuales. Es posible que las baterías estructurales no sean tan eficientes como las baterías tradicionales, pero como tienen una capacidad de carga estructural, se pueden obtener grandes ganancias a nivel de sistema ".

Él continúa, "Además, la menor densidad de energía de las baterías estructurales las haría más seguras que las baterías estándar, especialmente porque tampoco contienen sustancias volátiles ".