(PhysOrg.com) - Los científicos saben que el uso de supercondensadores junto con baterías podría aumentar considerablemente la economía de combustible de los vehículos eléctricos híbridos (HEV) debido al hecho de que los supercondensadores pueden recuperar y suministrar energía mucho más rápidamente que las baterías. Esta habilidad, por ejemplo, permite que un supercondensador recupere toda la energía durante una frenada brusca, mientras que una batería permitiría desperdiciar energía en el frenado por fricción debido a su incapacidad para recolectar energía rápidamente.

“Las baterías no pueden recolectar ni suministrar energía rápidamente, ”Rajesh Rajamani, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Minnesota, dicho PhysOrg.com . "Cuando un vehículo tiene que frenar rápidamente, Deben utilizarse frenos de fricción además de los frenos electromagnéticos, porque los frenos electromagnéticos no pueden cargar una batería lo suficientemente rápido como para desacelerar el vehículo tan rápido como lo desee el conductor. A diferencia de las baterías, un supercondensador puede recolectar y suministrar energía muy rápidamente ".

Sin embargo, Uno de los mayores desafíos que enfrentan los investigadores al implementar supercondensadores en HEV es encontrar un lugar debajo del capó para colocar dispositivos voluminosos. Parte de la razón por la que los supercondensadores son voluminosos es que a menudo utilizan un electrolito líquido peligroso que debe sellarse y alojarse. y estos materiales protectores agregan peso y volumen a los dispositivos.

Para evitar este problema, Rajamani y sus colegas Shan Hu de la Universidad de Minnesota y Xun Yu de la Universidad del Norte de Texas han diseñado un supercondensador que es completamente de estado sólido, incluido un electrolito de estado sólido que no requiere materiales protectores voluminosos. El nuevo supercondensador funciona de manera competitiva con los supercondensadores comerciales, sin embargo, es lo suficientemente delgado y flexible como para caber en casi cualquier lugar en un HEV, posiblemente incluso montado en las superficies internas de la carrocería del vehículo. Los investigadores publicaron su estudio sobre el flexible, supercondensadores de estado sólido en un número reciente de Letras de física aplicada .

“Los HEV del mercado actual no tienen supercondensadores, ”Dijo Rajamani. “Varios grupos de investigación han estado trabajando en el uso de supercondensadores junto con baterías en HEV para proporcionar una mejor economía de combustible y una respuesta más rápida del vehículo. Nuestra investigación les proporciona un nuevo supercondensador que es flexible y de estado sólido y no requiere espacio en el capó ni en el maletero ”.

El nuevo supercondensador de estado sólido consta de papel de algodón recubierto de nanotubos de carbono de pared simple como electrodos y un polímero sólido como electrolito. Para los electrodos, los investigadores utilizaron el papel de algodón que se utiliza normalmente para las máscaras faciales cosméticas, ya que es más ligero y absorbente que el papel de impresión. Después de cortar el papel de algodón a la forma deseada, los investigadores sumergieron repetidamente el papel en una solución de nanotubos tratados con ácido, que se adhirió fuertemente al papel.

Para el electrolito, los investigadores mezclaron y calentaron una solución de polímero que originalmente parecía un gel similar al pegamento. Pero después de sumergir los electrodos terminados en el gel, montar los electrodos cara a cara y dejar que todo se seque, el exceso de agua se evaporó y el electrolito solidificó.

“La mayor importancia de nuestro trabajo es que ha dado como resultado un supercondensador flexible y de estado sólido, ”Dijo Rajamani. “Otros investigadores han utilizado previamente nanotubos de carbono en los electrodos de supercaps. Sin embargo, sus supercapacidades también utilizaban electrolitos líquidos y, por lo tanto, no eran completamente de estado sólido ni flexibles ".

En pruebas, el supercondensador podría cargarse a más de 3 voltios, que es beneficioso para lograr una alta densidad energética, o permitir que se almacene más energía en un volumen determinado. Las otras especificaciones del supercondensador, una capacitancia específica de 13,15 F / gy una energía específica de 5,54 Wh / kg, son muy similares a los valores de los supercondensadores comerciales. Más, su flexibilidad permite que se doble para adaptarse fácilmente a espacios reducidos, lo que podría hacerlo útil para dispositivos electrónicos portátiles y HEV.

El mayor inconveniente del nuevo supercondensador es su alta resistencia, lo que da como resultado una baja densidad de potencia general y, por lo tanto, una tasa de recarga lenta. Los investigadores creen que la razón de la alta resistencia se debe a los electrodos de nanotubos de papel, que tienen una mayor resistencia que los electrodos metálicos. Sin embargo, predicen que recubrir el papel de algodón con una solución de nanotubos de mayor densidad puede reducir la resistencia, y planean trabajar más en este tema en el futuro.

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