Nuevo entendimiento de los supercondensadores podría revolucionar los estándares de carga

Un nuevo entendimiento de los supercondensadores podría ayudar a que sea posible cargar tu teléfono o vehículo eléctrico en segundos. Esta semana, investigadores de CU Boulder publicaron un estudio en la Proceedings of the National Academy of Science sobre la dinámica de la transferencia de iones mediante carga por capa doble eléctrica (EDL) porosa, que tiene el potencial de revolucionar el mercado de los supercondensadores. Aquí tienes lo que necesitas saber.

¿Qué son los supercondensadores?

Los condensadores son un componente crucial de la electrónica actual. Estos dispositivos almacenan energía electrostática en un campo eléctrico en lugar de generar energía mediante métodos químicos como las baterías tradicionales. Por ello, poseen características únicas que los hacen ideales cuando se requiere una potencia de pulso extremadamente alta y gran capacitancia.

Supercondensadores vs baterías

Los supercondensadores y las baterías almacenan energía, pero de maneras muy diferentes. Las baterías más comunes almacenan energía mediante reacciones químicas. Este método es ideal para requerimientos de energía a largo plazo, pero tiene serias desventajas, como tiempos de carga prolongados y peso. Los supercondensadores añaden capacitancia, lo que los convierte en el sistema ideal para proporcionar ráfagas de energía cuando se necesita.

Dado que los supercondensadores almacenan energía mediante una carga estática en lugar de una reacción electroquímica, pueden ser más ligeros. En la mayoría de los casos, se utilizan para complementar circuitos de corriente continua y se encuentran en muchos dispositivos electrónicos comunes.

¿Cómo funcionan los supercondensadores?

Los supercondensadores acumulan carga atrapando iones en poros. Este método de carga permite que un supercondensador se cargue completamente en segundos. Hasta hace poco, este método de almacenamiento de electricidad estaba limitado en cuanto a capas y poros. Sin embargo, es precisamente este método de carga único lo que llamó la atención del ingeniero bioquímico Ankur Gupta y su equipo.

Encuentro de campos científicos

Gupta y su equipo de investigadores revisaron datos obtenidos al estudiar el flujo a través de materiales porosos y los aplicaron a los supercondensadores. En la mayoría de los casos, esta ciencia se aplicaba a dispositivos no electrónicos, como sistemas de filtración de agua. Notablemente, Gupta se dio cuenta de que su experiencia también podía usarse en electrónica. Sus resultados revelaron que los métodos de carga por capa doble eléctrica (EDL) podrían mejorarse utilizando su modelo para crear dispositivos de almacenamiento de energía más eficientes, incluidas baterías que pueden cargarse en segundos.

Detalles del estudio

Los investigadores comenzaron revisando cómo la conectividad de los poros y la polidispersidad afectan la carga en términos de eficiencia y capacidad. Para lograr esta tarea, desarrollaron nuevas formas de predecir el movimiento del electrolito a través de poros multicapa dispuestos en estructuras complejas.

Nuevo modelo mejora la planificación de ingenieros

El modelo simuló miles de poros interconectados apilados en capas y monitoreó el movimiento de iones. Añadir más capas a estos sistemas demostró ser una forma eficaz de habilitar mayores capacidades de captura de energía. La clave es crear una estructura que permita atrapar la máxima cantidad de iones sin provocar un bloqueo completo.

Cabe destacar que los investigadores determinaron que maximizar el área superficial podría mejorar el rendimiento y la capacidad de almacenamiento. Por ello, añadieron profundidad a sus simulaciones. Su modelo permite a los ingenieros predecir las relaciones estructura‑propiedad y cómo afectan la transferencia de energía con precisión en estos filtros multicapa complejos. Los datos se cruzaron luego para determinar los métodos más eficientes de generación y descarga de energía cuando se requiere.

Resultados del estudio

El estudio permitió a los investigadores crear modelos y probar resultados muchas veces más rápido que los métodos anteriores. Específicamente, los resultados se maximizaron en una red triangular de cinco mil poros, lo que tomó 6 minutos en completarse. En el futuro, esperan simular el límite de Debye–Hückel sin restricciones en el grosor de la EDL y el radio de los poros.

Ley de Kirchhoff

Los investigadores señalaron que concibieron la idea después de modificar la Ley de Kirchhoff. El físico alemán Gustav Kirchhoff formuló en 1845 dos leyes que rigen el comportamiento de la electricidad, conocidas como la Ley de Voltaje y la Ley de Corriente de Kirchhoff. Estas leyes se utilizan hasta el día de hoy para determinar la resistencia en redes complejas.

Aplicaciones reales de los supercondensadores

Los supercondensadores tienen muchas aplicaciones reales que abarcan diversas industrias. Puedes encontrar estos útiles dispositivos usados para amortiguar sistemas, alimentar vehículos y mucho más. Aquí están los usos más comunes de los supercondensadores hoy.

Protección de memoria y respaldo interno de batería

Uno de los usos más populares de los supercondensadores hoy es la protección de memoria y el soporte de batería de respaldo. Los supercondensadores son ideales para esta tarea ya que son ligeros, más pequeños que las baterías, fiables y no requieren mantenimiento. Por ello, estos dispositivos se encuentran en la mayoría de la electrónica de corriente continua actual.

Los supercondensadores pueden proporcionar un respaldo de memoria fiable gracias a su capacidad de mantener altas cargas de potencia rápidamente. Esta capacidad los hace ideales en apagones inesperados u otras situaciones de pérdida de energía. En estos casos, es común que estos dispositivos envíen la caché a la memoria flash, guardando tu progreso en los segundos críticos durante la pérdida de energía.

Amortiguación de energía

Otro uso muy común de los supercondensadores es proporcionar un amortiguador para sistemas de alta intensidad. Los supercondensadores ofrecen la solución perfecta cuando se necesita un impulso de energía. Esta capacidad permite que estas unidades suavicen las fluctuaciones de energía para garantizar una entrega de energía estable.

La amortiguación de energía en electrónica es popular y los supercondensadores son la forma más común de hacer que estos dispositivos funcionen sin problemas. Estos dispositivos proporcionan la densidad de potencia y capacidad de entrega necesarias para inyectar energía cuando el sistema lo requiere sin necesidad de sistemas adicionales. Por ello, puedes encontrar supercondensadores asistiendo en el control de tracción, impulsos de velocidad y otras tareas vitales que realizan los vehículos eléctricos.

Captura de energía

Los métodos de captura de energía pueden mejorarse significativamente usando supercondensadores. Las características de los supercondensadores, como la capacidad de almacenar energía extra y liberarla en segundos, los hacen ideales para el proceso de captura de energía. Aquí desempeñan un papel vital al suavizar los impulsos de corriente irregulares.

La tecnología de captura de energía sigue aumentando en alcance e importancia. Hoy, los supercondensadores desempeñan roles esenciales para garantizar una energía suave y constante en redes comunitarias, baterías de larga vida, pilas de combustible o incluso motores de combustión avanzados. En un futuro próximo, los supercondensadores tendrán un papel aún más importante en la captura de energía, ya que ayudarán a maximizar los rendimientos de las granjas solares y eólicas de próxima generación.

Integración con baterías

Es fácil ver por qué los supercondensadores podrían ser la clave para baterías mejores. Ya existen baterías que integran estos dispositivos para garantizar una entrega y carga de energía suaves. Aquí, los supercondensadores aseguran que la tensión desigual no dañe los circuitos ni genere picos problemáticos.

Las investigaciones han demostrado que los supercondensadores pueden ayudar a impulsar el rendimiento de las baterías a nuevos niveles. Su alta capacidad y liberación rápida permiten que estos dispositivos almacenen más energía que las baterías. Además, esa energía puede aplicarse donde se necesite 10 veces más rápido que los métodos tradicionales de entrega.

Almacenamiento de energía en vehículos híbridos

Los vehículos híbridos son otra industria que ha encontrado un uso para los supercondensadores. En los últimos 5 años, ha habido un esfuerzo concertado para desarrollar motores totalmente alimentados por condensadores para vehículos. Este desarrollo revolucionaría la industria, ya que permitiría una recarga casi instantánea mediante una variedad de opciones, incluyendo frenado regenerativo, suministro de energía ambiental y otros métodos avanzados.

El objetivo es que los supercondensadores sean la fuente principal de energía para estas unidades. Esta maniobra reduciría significativamente los costos y el peso de los vehículos eléctricos. También mejoraría la durabilidad y la fiabilidad mientras disminuye considerablemente el peso de estos vehículos. Todos estos factores han llevado a los fabricantes de híbridos a invertir fondos considerables en la investigación de las mejores opciones.

IoT (Internet de las Cosas)

El IoT es una enorme red de dispositivos inteligentes que ha crecido hasta incluir miles de millones de unidades. Estos dispositivos son inteligentes porque poseen sensores y se comunican con internet. Estos dispositivos, a menudo pequeños y de bajo consumo, podrían aprovechar los supercondensadores para cumplir con sus requerimientos de energía mientras permanecen pequeños y asequibles.

El IoT está en auge, y los analistas predicen que esta red de mil millones de dispositivos aumentará significativamente en los próximos años. Tanto es así que alimentar estas unidades se ha convertido en un foco principal para desarrolladores, ingenieros y fabricantes por igual.

Beneficios de esta investigación

El principal beneficio del estudio de los investigadores es la mejora de los supercondensadores. Su modelo permitirá a los fabricantes crear dispositivos complejos y más eficientes que impulsarán baterías de carga ultrarrápida, redes eléctricas, viajes y mucho más. Aquí hay algunas empresas que podrían beneficiarse de esta tecnología en los próximos años.

1. FREYR Battery

FREYR Battery (TE ) es un fabricante luxemburgués de celdas de batería que sigue siendo la fuerza dominante en el mercado. La empresa se fundó en 2018 para atender el creciente mercado de baterías para vehículos eléctricos. Hoy, la firma se especializa en almacenamiento de energía, aviación, automoción y servicios de baterías eléctricas.

FREYR Battery es una potencia en el mercado con operaciones principales en Noruega y EE. UU. Georgia será el hogar de la planta de baterías Giga que la empresa está construyendo actualmente. Estas baterías masivas están diseñadas para atender al sector industrial, convirtiendo a esta planta en un esfuerzo pionero en el mercado.

FREYR Battery tiene una capitalización de mercado (MCAP) que fluctúa entre $225 M y $359,74 M. Al revisar la acción en el rango de los últimos 52 semanas, los valores han oscilado entre $1,21 y $10,10, con un máximo histórico de $16,94 alcanzado el 6 de octubre de 2022. Actualmente, los analistas predicen que FREY Battery es una posición de “mantener” fuerte, con pronósticos que varían entre $10,00 y $1,90.

2. QuantumScape

QS Gráfico de precios

QuantumScape (QS ) fue financiada por Jagdeep Singh, Tim Holme y Fritz B. Prinz. Entró al mercado en 2010 y tiene su sede en California. La empresa se especializa en tecnología de baterías de estado sólido y otras estrategias de ahorro energético. Notablemente, esta empresa de baterías innovadora podría integrar los avances de los investigadores en el futuro para mejorar sus ofertas.

QuantumScape busca superar los límites de la tecnología de baterías para mejorar la eficiencia y la sostenibilidad. La empresa llamó la atención recientemente al convertirse en el único fabricante que desarrolló celdas de batería sin ánodo. Esta mejora proporciona una mayor densidad de energía y reduce los costos de fabricación.

Los operadores observarán que la acción de QuantumScape fluctuó entre $4,92 y $13,86 en las últimas 52 semanas. La capitalización de mercado (MCAP) de este activo ha oscilado entre $2 B y $3 B. A pesar de que el formato no muestra retornos a los operadores, sigue considerándose una buena incorporación porque sus innovaciones tienen un alto potencial para revolucionar el mercado en los próximos meses.

Futuro de los supercondensadores

El futuro de los supercondensadores es prometedor. Cada vez más empresas continúan investigando cómo mejorar estos útiles dispositivos e integrarlos en sistemas existentes para mejorar el rendimiento. Por ello, el mercado de los supercondensadores está muy activo y lleno de innovaciones. En el futuro, los investigadores dedicarán tiempo a la exploración de nuevos materiales.

Además, se prestará más atención a las características físicas de estos dispositivos. Pronto podrían fabricarse más suaves, flexibles o incluso extensibles para servir a robots blandos y otros mercados emergentes. Reducir el tamaño de estos dispositivos es otra preocupación importante que impulsará la innovación.

Economía verde

El futuro de los supercondensadores es verde. Hay mucha investigación sobre cómo hacer que estos dispositivos sean biodegradables en el futuro. Esta mejora ayudaría a reducir su impacto ambiental a medida que su uso sigue creciendo. La sostenibilidad es una preocupación importante para todas las tecnologías en el futuro. Por ello, los materiales de los supercondensadores se volverán más exóticos con el tiempo para garantizar que causen menos daño al ecosistema.

Los nuevos supercondensadores obtienen nuevas capacidades

Cuando observas el papel crítico que los supercondensadores desempeñan en tu vida diaria, es fácil entender por qué esta investigación ha recibido tanta atención. Estos dispositivos impulsan la electrónica de la que tantas personas dependen cotidianamente. En el futuro, las baterías de carga ultrarrápida y las redes eléctricas son exactamente lo que el mercado necesita. Por ello, es una decisión acertada mantenerse al día con esta investigación a medida que se desarrolla.

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