Nuevo impulso para los coches eléctricos: nanotubos de carbono y cero cobre
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Un grupo de investigadores coreanos han desarrollado cables de nanotubos de carbono, mucho más eficientes y sostenibles que los cables de cobre empleados en los coches eléctricos.
Desde hace unos años están en marcha numerosos proyectos para impulsar definitivamente el coche eléctrico, desde las baterías de sodio o las de estado sólido hasta tecnologías que mejoren la carga y la autonomía. El nuevo impulso para los coches eléctricos viene desde Corea del Sur y son cables de nanotubos de carbono en lugar de cobre.
El cobre es uno de los materiales que más se utilizan para diseñar y fabricar cables eléctricos. Sin embargo, un grupo de investigadores del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) han desarrollado cables hechos de nanotubos de carbono (CNT).
Estos cables podrían tener un impacto muy positivo en la industria del automóvil, al permitir vehículos eléctricos más eficaces y eficientes, con cables más ligeros que reducen el consumo de energía, aumentan el rango de autonomía y disminuyen las emisiones durante el proceso de fabricación, que es cuando más contaminan los eléctricos.
Pero ¿qué son los nanotubos de carbono? Se trata de una especie de lianas moleculares formadas por láminas de grafeno enrolladas, que tienen una gran capacidad de resistencia y conductividad.
El equipo ha desarrollado un polvo de CNT que, según han demostrado, presenta una resistencia a la tracción hasta 100 veces superior al acero y una conductividad eléctrica comparable a la del cobre.
Cables de nanotubos de carbono, el nuevo avance para los coches eléctricos
Las características que muestran esto cables hechos de nanotubos de carbono hacen que se puedan usar en lugar de metales pesado en distintas aplicaciones, como cables de alta tensión en automóviles eléctricos.
En la práctica, como explica Híbridos y Eléctricos, agrupados en un tipo de cableado compuestos núcleo-vaina (CSCEC), un cable hecho de nanotubos podría transportar densidades de corriente de hasta 109 A/cm², muy por encima de lo que soporta el cobre, todo ello con mucho menos peso.
La ligereza del grafeno, junto con su alto módulo elástico (hasta 1 TPa), permite fabricar cables resistentes, flexibles y ultraligeros. Siguiendo el método LAST (Lyotropic Liquid Crystal‑Assisted Surface Texturing), los nanotubos de carbono se organizan en una estructura alineada y elimina metales contaminantes sin dañar su forma alargada.
Esta técnica mejora la conductividad en más de un 130% y reduce el peso en motores eléctricos. Con ello, han diseñado un motor completamente funcional sin hilos de cobre para impulsar un coche de juguete. Lógicamente, todavía estamos lejos de ver este método en motores de vehículos eléctricos, pero es sólo el principio.
Numerosos retos para su aplicación
Sustituir los cables de cobre por cables hechos de nanotubos de carbono permitiría ahorrar hasta un 72% de CO2 en la producción sin afectar al rendimiento, según Aptiv, fabricante de componentes para vehículos eléctricos.
Este nuevo material ya se utiliza en baterías y compañías como LG Chem están aumentando su inversión en nanotubos como aditivos conductores, lo que mejora la eficiencia de los electrodos y permite una mayor capacidad energética con menos material activo.
Sin embargo, los cables de nanotubos plantean algunos retos en su uso a escala universal. Por un lado, reproducir a escala global la conductividad mostrada en los nanotubos individuales, ya que, en fibras macroscópicas, las uniones entre nanotubos reducen esta conductividad notablemente.
A esto se suma la complejidad de las técnicas de síntesis (como CVD, HiPCO o ablación con láser) y la sensibilidad del proceso a impurezas.
Por otro lado, aunque los nanotubos de carbono reducen notablemente el peso, su conductividad eléctrica (7,7 MS/m) está muy por debajo de la del cobre, que alcanza 59 MS/m, por tanto, la eficiencia es menor.
Sin olvidar que el coste de fabricar cables completos con nanotubos de carbono resulta muy elevado, con precios que oscilan entre los 375 y 500 dólares por kg, mientras el cobre se paga a unos 10 u 11 dólares.
Por último, si bien tiene una alta capacidad para aligerar un vehículo eléctrico, la producción de nanotubos de carbono emplea procesos altamente energéticos y químicos agresivos, como el uso de ácido clorosulfónico, lo que genera subproductos contaminantes como ácido clorhídrico.