Los cinco autobuses electrónicos Chariot que operan en esta ruta son de los primeros en el mundo en funcionar únicamente con supercondensadores, una alternativa de carga rápida a las baterías que podría revolucionar la forma en que almacenamos energía.

En lugar de mantener la electricidad como potencial químico, como una batería, los supercondensadores (también conocidos como ultracondensadores) lo almacenan en un campo eléctrico, como la acumulación estática en un globo. Como no hay reacción química, no se degradan como las baterías de iones de litio, que dependen de metales de tierras raras y pueden terminar en un vertedero después de dos años. Esto significa que puede cargarlos mucho más rápido: una carga de cinco minutos para uno de los autobuses de Belgrado puede transportarla hasta 18 kilómetros.

Hay dos razones por las que los supercondensadores aún no han reemplazado las baterías de nuestros automóviles eléctricos y electrónicos: tienen menos energía en la misma cantidad de espacio y no pueden retenerla durante tanto tiempo. Un supercondensador completamente cargado puede filtrarse a vacío en horas, en lugar de días.

Eso está bien para un autobús que se puede cargar en cada parada, pero menos útil para un automóvil que necesita funcionar todo el día. Pero ahora, una gran cantidad de investigadores y nuevas empresas intentan mejorar los supercondensadores. Para hacerlo, han recurrido a uno de los materiales más publicitados de la historia: el grafeno.

Descubierto en la Universidad de Manchester en 2004, el grafeno, que consiste en escamas delgadas de átomos de carbono dispuestos en una estructura hexagonal, fue aclamado rápidamente como un material maravilloso. Es fuerte y ligero, con una gran área de superficie, y es un excelente conductor de calor y electricidad. Pero la prometida revolución del grafeno aún no se ha materializado. “Todavía está en su adolescencia”, dice James Baker, el CEO de Graphene @ Manchester.

Los autobuses de Belgrado usan supercondensadores hechos de capas de carbón activado, que se recubre con placas conductoras sumergidas en una solución de electrolito. El grafeno también es una forma de carbono, pero debido a su gran área de superficie (que determina el rendimiento de un supercondensador) tiene el potencial de mejorar radicalmente el rendimiento de los supercondensadores a un nivel en el que resulta práctico para automóviles eléctricos y dispositivos de consumo. Podría crear teléfonos inteligentes que se carguen en segundos y automóviles que puedan repostar mientras están detenidos en un semáforo.

Se prevé que el mercado de las baterías de grafeno alcance los $ 115 millones para el año 2022, pero tiene un enorme potencial más allá de eso a medida que la tecnología mejora, y varias compañías han atraído un gran interés en su trabajo.

Estos incluyen la compañía china Dongxu Optoelectronics , que anunció un supercondensador de grafeno con la capacidad de una batería típica de computadora portátil que podría cargarse en 15 minutos, en lugar de unas pocas horas. La empresa con sede en Barcelona Earthdas ha utilizado el grafeno para crear supercondensadores para bicicletas y motocicletas eléctricas, que se pueden cargar 12 veces más rápido que las baterías de iones de litio. Planea comenzar a venderlos más adelante este año.

Muchas de esta nueva generación de supercondensadores no son estrictamente grafeno, un término que técnicamente se refiere solo a las láminas bidimensionales de carbono. A pesar de que ya tiene una gran área de superficie, se están realizando esfuerzos para aumentar esa cantidad adaptando el grafeno de diferentes maneras: introduciendo pequeños agujeros y canales en él, o texturándolo a nivel de nanoescala.

La compañía estonia SkeletonTech ofrece una gama de productos que incorporan grafeno curvado, mientras que ZapGo, con sede en Oxfordshire, usa una mezcla de nanotubos de carbono y grafeno que se asemeja a picos y valles en lugar de a capas planas. Sus primeros productos, un scooter eléctrico y un kit de arranque para automóviles, llegarán al mercado más adelante este año.

Aún queda trabajo por hacer antes de que los supercondensadores de grafeno puedan mantener su carga el tiempo suficiente como para ser una alternativa práctica al ión de litio para la mayoría de las aplicaciones. Algunos han sugerido sistemas híbridos: supercondensadores para carga rápida, con baterías tradicionales para almacenamiento a largo plazo.

Otro problema potencial podría ser la ampliación de la producción: debido a la exageración, la industria del grafeno se ha convertido en un campo minado de promesas rotas y control de calidad de mala calidad. El mes pasado, el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido lanzó una iniciativa para ayudar a las empresas a verificar si realmente están obteniendo lo que pagan cuando compran grafeno.

Aunque es mucho más respetuoso con el medio ambiente que el ion de litio en general, y puede reciclarse mucho más fácilmente, los procesos de producción más comunes de grafeno aún implican productos químicos agresivos, que pueden no ser sostenibles si va a proporcionar un grupo de automóviles eléctricos que podría alcanzar 125 millones de vehículos para 2030. Pero, si los investigadores pueden resolver estos problemas y están trabajando en ello, entonces el grafeno podría cambiar fundamentalmente la forma en que se construye nuestro mundo.

“Lo emocionante para mí es cuando comienzas a mirar todo el sistema y hacerlo de otra manera”, dice Baker. “¿Podría convertir mi estructura en un dispositivo de almacenamiento de energía? Luego comienzas a obtener los beneficios de la ligereza, junto con un mayor almacenamiento, tal vez agreguen flexibilidad a eso y de repente puedes obtener algunos tipos de soluciones bastante novedosas “.

En el sur de Francia, Ulrich Grape y Pascal Boulanger de NAWAShell tienen planes de construir supercondensadores basados ​​en carbono en la estructura de la electrónica, los vehículos e incluso el calzado. Su tecnología utiliza nano-varillas de carbono, miles de millones de ellas por centímetro cuadrado, que pueden incorporarse o recubrirse con otros materiales, como polímeros flexibles, teléfonos plegables y dispositivos portátiles, o fibra de carbono fuerte y ligera.

Podría usarse para fabricar computadoras portátiles con baterías integradas en la carcasa, o autos eléctricos que almacenan energía en sus puertas o chasis en lugar de en paquetes de baterías voluminosos. “En cierto modo, será como tener un automóvil sin batería”, dice Grape. , que estima que con el nivel actual de tecnología de NAWAShell, una pequeña batería estructural en el chasis de un automóvil eléctrico ligero podría agregar 15 km adicionales de autonomía. Eventualmente, podrían construir almacenamiento de energía en las mismas paredes de su hogar. “Usted integra una nueva función en un compuesto”, explica Boulanger. “No cambias el comportamiento mecánico de la estructura”.

En 2017, Lamborghini anunció una asociación con el Instituto de Tecnología de Massachusetts para desarrollar el Terzo Millennio , un concepto para un superdeportivo eléctrico impulsado por materiales similares a grafeno incorporados en su carrocería de fibra de carbono. La tecnología está mejorando rápidamente, y podría estar en nuestros teléfonos a principios de la década de 2020, pero pasará un tiempo antes de que sea lo suficientemente buena como para alimentar un Prius, y mucho menos un automóvil deportivo de alta gama. Eventualmente, los supercondensadores hechos de grafeno o materiales como este formarán una parte importante de nuestro mundo. Pero por ahora, tendremos que conformarnos con un viaje en autobús de Belgrado.

Via Wired