Uno de los factores cruciales a la hora de analizar un vehículo eléctrico es la rapidez con la que se puede recargar su batería, ya que será determinante para atisbar cuál puede ser su futuro de cara a la adopción masiva. Por lo general, esta velocidad se asocia a un punto específico de la curva de carga que va del 0% al 80% de la capacidad de la batería. Una última investigación en este campo publicada en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences revela un interesante avance que desafía las limitaciones tradicionales de la ley de Kirchhoff, descritas por primera vez en 1846.
Ingeniería química aplicada al almacenamiento de energía
Los investigadores del laboratorio de Ankur Gupta, profesor asistente de ingeniería química y biológica en la Universidad de Colorado Boulder, han descubierto algo que podría ser una revolución no solo para almacenar energía en vehículos y dispositivos electrónicos, sino para las redes eléctricas. “Dado el papel fundamental de la energía en el futuro del planeta, me sentí inspirado para aplicar mis conocimientos de ingeniería química al avance de los dispositivos de almacenamiento de energía”, dijo Gupta en el comunicado al respecto de su hallazgo. “Me pareció que el tema estaba algo infraexplorado y, como tal, era la oportunidad perfecta”.
Según el profesor, hay varias técnicas de ingeniería química que ya se utilizan para estudiar el flujo en materiales porosos, como los depósitos de petróleo y la filtración de agua, pero no se han utilizado hasta ahora plenamente en algunos sistemas de almacenamiento de energía.
Un avance revolucionario
Con este trabajo de investigación se pretende no solo conseguir procesos de cargas de vehículos o dispositivos muy rápidas, sino ofrecer más almacenamiento en las redes de energía eléctrica tanto para evitar el desperdicio de la misma en periodos de menor demanda como para garantizar el suministro en momentos de mayor requerimiento.
“El principal atractivo de los supercondensadores reside en su velocidad”, afirmó Gupta acerca de estos dispositivos de almacenamiento de energía que dependen de la acumulación de iones en sus poros. “Entonces, ¿cómo podemos acelerar la carga y liberación de energía? -se preguntaron el profesor y su equipo- Mediante un movimiento más eficiente de los iones”.
Este hallazgo modifica la ley de Kirchhoff, un elemento básico en las clases de ciencias de los estudiantes de secundaria desde mediados del siglo XIX. Esta ley establece dos principios cruciales para la teoría de circuitos eléctricos. El primero, conocido como la ley de corrientes de Kirchhoff, afirma que la suma algebraica de las corrientes que entran y salen de un nodo en un circuito es igual a cero. El segundo, la ley de tensiones de Kirchhoff, dicta que la suma algebraica de las diferencias de potencial (voltajes) en cualquier lazo cerrado de un circuito es igual a cero. Estos principios son aplicables tanto a circuitos de corriente continua (DC) como de corriente alterna (AC).
Según esta reciente investigación, el comportamiento de los iones, a diferencia de los electrones, no se ajusta a estas leyes clásicas cuando se desplazan a través de intersecciones de poros en una red compleja. A diferencia de los electrones, que siguen las leyes establecidas de Kirchhoff, los iones se mueven debido a campos eléctricos y difusión, comportándose de manera distinta en las intersecciones de los poros. Hasta ahora, la literatura científica describía el movimiento de iones de manera limitada, centrada en poros individuales y rectos. Este nuevo estudio ha ido más allá para simular y predecir el movimiento iónico en una red intrincada compuesta por miles de poros interconectados. Y todo en cuestión de minutos.
“Este es el gran avance del trabajo,” afirma Gupta, uno de los principales investigadores. “Hemos encontrado el eslabón perdido.” Este hallazgo promete revolucionar la forma en que entendemos la física de los circuitos eléctricos para ofrecer nuevas perspectivas sobre el comportamiento de los iones en redes complejas y abrir la puerta a innovaciones tecnológicas en múltiples campos.
