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Cambio Climático

Ultra capacitores podrían aumentar la eficiencia de los vehículos híbridos

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Estudios recientes apuntan a que los ultra capacitores tienen el potencial de aumentar la capacidad de las baterías convencionales.

  • por Kevin Bullis | traducido por Jose Russo
  • 20 Agosto, 2009

Unos dispositivos almacenadores de energía, llamados ultra capacitores, podrían disminuir en cientos o incluso miles de dólares el coste de los paquetes de baterías en vehículos híbridos eléctricos al disminuir a la mitad el tamaño de estos paquetes de baterías, de acuerdo a las estimaciones realizadas por investigadores en el Laboratorio Nacional de Argonne, en la ciudad Argonne, Estados Unidos. Los ultra capacitores podrían también mejorar dramáticamente la eficiencia de otra clase de vehículo híbrido que utiliza pequeños motores eléctricos, llamados microhíbridos, de acuerdo a un estudio reciente de la Universidad de California en Davis, Estados Unidos.

El uso de los ultra capacitores en vehículos híbridos no es una idea nueva. Pero la disminución en costes de estos dispositivos y las mejoras en los elementos electrónicos necesarios para regular la salida de potencia y coordinar su interacción con las baterías, podrán pronto hacerlos más prácticos, dice Theodore Bohn, un investigador del Advanced Powertrain Research Facility, en Argonne. 

Aún cuando las baterías se han mejorado significativamente en los últimos años, el coste de fabricarlas es la principal razón de por qué los vehículos híbridos cuestan miles de dólares más que los vehículos convencionales. Esto es particularmente cierto en el caso de los coches híbridos eléctricos, que dependen de grandes paquetes de baterías para suplir toda o la mayor parte de la energía en viajes cortos. Los paquetes de baterías son caros en parte porque se degradan a través del tiempo y, para poder compensar esta desventaja, los fabricantes de coches los sobredimensionan para asegurarse de que puedan proveer suficiente potencia aún después de 10 años de uso.

Los ultra capacitores ofrecen la alternativa de extender la vida de la fuente de energía de un vehículo híbrido, reduciendo la necesidad de sobredimensionar sus paquetes de baterías. A diferencia de las baterías, los ultra capacitores no dependen de reacciones químicas para almacenar energía y no se degradan significativamente durante la vida útil de un coche, aún cuando los ultra capacitores se cargan y descargan con estallidos de energía sumamente intensos que podrían dañar una batería. La desventaja es que los ultra capacitores almacenan mucha menor cantidad de energía que las baterías --típicamente, en un orden de magnitud o menos. Sin embargo, si los ultra capacitores se acoplaran con baterías, podrían proteger las baterías de estallidos intensos de energía, dice Bohn, como aquéllos necesarios para la aceleración, y de esta manera podrían extender la vida útil de las baterías. Los ultra capacitores podrían también asegurar que el coche pueda acelerar con la misma eficiencia al final de su vida útil que como lo hacía al principio.

La reducción en un 25 por ciento del tamaño del paquete de baterías de un vehículo representa un ahorro de alrededor de 2.500 dólares, estima Bohn. El ultra capacitor y la electrónica necesaria para coordinarlo con las baterías podrían costar entre 500 y 1.000 dólares, resultando en cientos de dólares de ahorros netos.

Los ultra capacitores también harían posible rediseñar las baterías para que almacenen mayor cantidad de energía. Usualmente hay un desfase entre cuán rápido las baterías pueden cargarse y descargarse y qué cantidad total de energía pueden almacenar. Esto es cierto, en parte, porque el diseñar una batería para que descargue rápidamente requiere el uso de electrodos muy delgados empaquetados en muchas capas. Cada capa debe separarse por materiales que ocupan espacio en la batería, pero que por sí mismos no almacenan nada de energía. A mayor cantidad de capas utilizadas, mayor cantidad de materiales de soporte se necesitan y menor capacidad hay de almacenar  energía en la batería. Las baterías acopladas con ultra capacitores no necesitarían liberar estallidos de energía y, por lo tanto, podrían fabricarse con una menor cantidad de capas de electrodos muy gruesos, reduciendo así la cantidad necesaria de material de soporte. Esto podría permitir almacenar el doble de energía en el mismo espacio, dice Bohn. 

Los ultra capacitores podrían también ser especialmente útiles en un tipo de vehículo hibrido muy diferente llamado microhíbrido, dice Andrew Burke, un ingeniero de investigación en el Instituto de Estudios de Transporte de la Universidad de California en Davis. Con sus diseños actuales esos vehículos utilizan pequeños motores eléctricos y baterías para ayudar a un motor convencional de gasolina, permitiendo que éste se apague cada vez que el vehículo se detiene, y se vuelve a encender cuando el conductor pisa el acelerador. Las baterías de un microhibrido también pueden capturar una parte pequeña de la energía que usualmente se pierde en forma de calor cuando se pisan los frenos. Puesto que los ultra capacitores pueden cargarse y descargarse muy rápidamente sin dañarse, es posible diseñar microhíbridos que hagan un mayor uso de un motor eléctrico proveyendo cortos estallidos de potencia cada vez que se necesiten para la aceleración. También podrían colectar mayor cantidad de energía en el frenado. De acuerdo a las simulaciones de ordenador llevadas a cabo por Burke, estos sistemas mejorarían la eficiencia de un motor convencional en un 40 por ciento durante viajes en la ciudad. Los microhíbridos convencionales solamente mejoran la eficiencia de un 10 a un 20 por ciento. 

 Tanto en los híbridos eléctricos como en los microhíbridos, los ultra capacitores ofrecerían un mejor desempeño en climas fríos ya que no dependen de reacciones químicas, que se desaceleran al bajar la temperatura. “En un clima muy frio, usted tiene que calentar la batería o de lo contrario no podrá conducir a mucha velocidad—tendrá muy poca aceleración”, dice Bohn. Por el contrario, los ultra capacitores podrían proveer de aceleración mayor aún en temperaturas frías.  

Mark Verbrugge, director del laboratorio de materiales y procesos en General Motors (GM), dice que de los dos usos para los ultra capacitores, usarlos en los microhíbridos será más fácil. En este caso, dice, los ultra capacitores simplemente reemplazarán a las baterías ya que pueden almacenar suficiente energía para ayudar a los motores de gasolina sin la necesidad de baterías. En coches híbridos eléctricos, que requieren de mucha más energía, los ultra capacitores deberán acoplarse con las baterías, lo que requerirá de electrónica compleja para coordinar ambos dispositivos de almacenamiento de energía. “Usualmente uno no desea añadir nuevas partes a un coche, dice. “Usted siempre querrá el sistema más simple” de manera que haya menos cosas que puedan salir mal. 

Para que los ultra capacitores resulten prácticos en los microhíbridos, dice Verbrugge, el coste de fabricarlos debe disminuir a la mitad, lo cual puede ser posible porque muchas partes del proceso de manufactura de ultra capacitores grandes todavía no se han automatizado. Pero para justificar la complejidad adicional de los híbridos eléctricos, dice, el sistema completo deberá costar significativamente menos que el sistema con baterías solamente.

Los investigadores en Argonne ya han dado pasos hacia la verificación de que los ultra capacitores pueden proveer de estos ahorros, demostrando que los mismos reducen el calor de tensión puesto sobre una batería por un tercero. Ellos están probando los ultra capacitores para demostrar que pueden hacer que las baterías duren más tiempo, lo que permitiría a los fabricantes de coches utilizar baterías más pequeñas, y por lo tanto, ahorrar dinero.  

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