Los ultracondensadores convencionales, que tienen la ventaja de aportar ráfagas rápidas de potencia y poder ser recargados cientos de miles de veces sin perder mucha capacidad, son demasiado caros y almacenan demasiado poca energía para poder reemplazar las baterías.
Sin embargo, Nanotune, que ha recaudado 3 millones de dólares del fondo de capital riesgo Draper Fisher Jurvetson, afirma que su ultracondensadores están cerca de poder competir con las baterías en términos de almacenamiento de energía, y que pronto podrían superarlas. Usando un electrolito convencional, la empresa ha demostrado una capacidad de almacenamiento de energía de 20 vatios-hora por kilogramo, frente a los aproximadamente cinco vatios-hora que ofrece un unltracondensador convencional. Usando un electrolito de líquido iónico más caro, Nanotune ha conseguido fabricar ultracondensadores que almacenan 35 vatios-hora por kilogramo. A finales del año, la empresa espera haber duplicado aproximadamente esta capacidad de almacenamiento, comenta el director general de Nanotune Kuan-Tsae Huang. A 40 vatios-hora por kilogramo, los ultracondensadores ya representaría una con respecto a las baterías usadas en algunos vehículos híbridos.
En los últimos meses, varias nuevas empresas han anunciado que están utilizando la nanotecnología para desarrollar unos ultracondensadores mejores. Cada una de ellas espera ayudar a resolver uno de los mayores problemas con los coches eléctricos actuales: el alto coste y la limitada capacidad de almacenamiento de las baterías. Nissan, por ejemplo, para hacer que su modelo Leaf fuera asequible, tuvo que limitar el tamaño de la batería, resultando en un alcance de sólo 73 millas.
Una de las razones por la que los sistemas de baterías son tan caros y voluminosos es que las baterías se degradan a medida que se utilizan, sobre todo cuando se exponen a temperaturas extremas—así que los fabricantes de automóviles suelen agrandar los sistemas de refrigeración y de calefacción, y añaden celdas adicionales a las baterías para compensar las pérdidas de rendimiento con el tiempo. Los ultracondensadores podrían superar este problema, ya que pueden ser recargados sin degradarse y funcionan bien en un amplio rango de temperaturas.
Finalmente, Huang comenta, podría ser posible producir ultracondensadores que almacenaran 500 vatios-hora por kilogramo—una capacidad entre tres y cuatro veces mayor que la de las baterías de iones de litio que se utilizan actualmente en los coches. El beneficio práctico podría ser aún mayor. Los coches son a menudo diseñados para usar sólo la mitad de la capacidad de almacenamiento de las baterías, para evitar que se degraden. Sin embargo, los ultracondensadores permiten utilizar prácticamente la totalidad su capacidad de almacenamiento.
Actualmente, la tecnología de Nanotune es muy cara—cuesta entre 2,400 y 6,000 dólares por kilovatio-hora. (El Departamento de Energía ha propuesto una meta de 250 dólares por kilovatio-hora para que los vehículos eléctricos sean competitivos con los convencionales.) Sin embargo, Nanotune señala que sus costes podrían reducirse a menos de 150 dólares por kilovatio-hora si los precios de algunas materias clave, tales como los electrolitos, siguen cayendo, y su fabricación se escala.
Las proyecciones de almacenamiento de energía de la empresa se basan en varios avances en los que está trabajando. Actualmente, Nanotune está desarrollando unos electrodos con poros de entre 4 y 5 nanómetros de diámetro, pero la empresa asegura que puede hacerlos más pequeños (una alta porosidad implica una gran superficie, lo que permite almacenar una gran cantidad de carga) y modificarlos para adaptarlos a las necesidades de los diferentes electrolitos—los materiales conductores de iones en los que se encuentran sumergidos los electrodos.
La compañía también está investigando el uso de líquidos iónicos en vez de los electrolitos orgánicos convencionales. Estos aumentar el voltaje del sistema, incrementando en gran medida la capacidad de almacenamiento de energía, pero por lo general no son compatibles con los electrodos de ultracondensadores convencionales. Por último, la empresa espera hacer uso de los últimos hallazgos académicos que sugieren que la adición de pequeñas cantidades de rutenio a los ultracondensadores puede aumentar la capacidad de almacenamiento de energía.
Nanotune no es la primera empresa en asegurar que puede fabricar ultracondensadores con una capacidad de almacenamiento de energía muy alta. Las otras se han encontrado con problemas para cumplir con sus promesas.El aumento de la superficie sólo puede mejorar la capacidad de almacenamiento hasta cierto punto, ya que llega un momento en que ésta se encuentra limitada por los iones en el electrolito. Los líquidos iónicos ayudar con esto, pero tienen importantes deficiencias, comenta Joel Schindall, profesor de ingeniería eléctrica e ingeniería informática en el MIT. (Una empresa llamada FastCap Systems, que está desarrollando ultracondensadores utilizando nanotubos de carbono, nació de su laboratorio.)Estos líquidos son, por un lado, muy caros, y además, algunos sólo funcionan bien en un rango limitado de temperaturas, lo que los hace imprácticos para su uso en coches.
Sin embargo, Schindall comenta que Nanotune podría quedarse por debajo de sus altísimas metas energéticas y aún conseguir mejorar la competitividad de los vehículos eléctricos e híbridos. Teniendo en cuenta la durabilidad de los ultracondensadores, incluso el conseguir una capacidad de almacenamiento de energía de 100 vatios-hora por kilogramo—similar a la de las baterías de iones de litio—"sería fantástico".