Los vehículos eléctricos con energía solar son más posibles que nunca gracias a los TMD y el grafeno

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La idea de los vehículos eléctricos alimentados por paneles solares a bordo ha ido cobrando fuerza, pero abundan los obstáculos. Se necesitará la combinación correcta de eficiencia, durabilidad, flexibilidad, peso y costo para que la idea se mantenga. Eso puede estar en las cartas. Un equipo de investigadores de energía fotovoltaica con sede en la Universidad de Stanford ha ideado una nueva fórmula que podría hacer realidad el sueño de la energía solar a bordo para los vehículos eléctricos.

Aquí viene un nuevo material solar milagroso

las paginas de Electronia están llenos de nuevos y prometedores materiales solares, como los conocidos como . También en la lista está , una clase de materiales cristalinos sintéticos con .

Otra clase de materiales llamados dicalcogenuros de metales de transición surgió alrededor de 2010. Primero sumergieron un dedo del pie en el Electronia radar en 2013. En 2014 volvieron a aparecer, en relación con el diseleniuro de molibdeno. Otro avistamiento apareció en 2019, en un proyecto que involucraba la recolección de energía solar con un dispositivo de “hoja biónica”. Ese fue el final de eso hasta ahora, así que tenemos que ponernos al día.

Como señalaron los autores de un estudio de 2015 sobre dicalcogenuros de metales de transición publicado en la revista Nano convergencia, TMDs “exhibición propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas únicas.”

“Las nanoestructuras 2D en capas con espesores a escala atómica pueden exhibir propiedades peculiares y fascinantes en contraste con las de sus compuestos originales a granel. Tanto los resultados experimentales como los teóricos han demostrado que los semiconductores 2D tienen propiedades excepcionales que pueden dar lugar a avances novedosos e importantes en el campo de los nanomateriales y los nanodispositivos”, añaden los autores.

Específicamente, los TMD combinan un metal de transición con azufre, selenio o telurio. Para aquellos de ustedes que llevan la cuenta en casa, los últimos tres elementos pertenecen al grupo calcógeno en la Tabla periódica, y el metal de transición se refiere al bloque medio de la Tabla periódica.

TMD para nuevo supermaterial solar para vehículos eléctricos, eventualmente

Eso nos lleva a la nueva investigación Stanford TMD. Como lo indica su naturaleza 2-D, los TMD con una alta eficiencia de conversión solar podrían cumplir parte de la fórmula EV con energía solar.

Un comunicado de prensa de Stanford sobre el nuevo estudio cita al coautor principal del estudio koosha nassiri nazif, un becario de doctorado de Stanford en ingeniería eléctrica en Stanford, que insinúa la posibilidad de un EV revestido de TMD.

“Imagínese un dron autónomo que se alimenta con una matriz solar en la parte superior de su ala que es 15 veces más delgada que una hoja de papel. Esa es la promesa de los TMD”.

Autor principal del estudio Krsna Saraswat enfatizó que cualquier material solar que busque destronar al silicio debe tener en cuenta los impactos ambientales del ciclo de vida.

“El silicio representa el 95 por ciento del mercado solar actual, pero está lejos de ser perfecto. Necesitamos nuevos materiales que sean livianos, flexibles y, francamente, más ecológicos”, dijo.

En cuanto a la eficiencia de conversión, ahí es donde las cosas se complican.

“Si bien los TMD son muy prometedores, los experimentos de investigación hasta la fecha han tenido problemas para convertir más del 2 por ciento de la luz solar que absorben en electricidad. Para los paneles solares de silicio, ese número se acerca al 30 por ciento. Para que se usen ampliamente, los TMD tendrán que cerrar esa brecha”, explica Stanford.

La solución de grafeno para la energía solar sobre ruedas

En el campo de la eficiencia de conversión solar, el 2% es realmente pobre. Ahí es donde el grafeno entra en escena. Para aquellos de ustedes nuevos en el tema, el grafeno es una forma 2-D de carbono. Fue descubierto en 2004 cuando los investigadores despegaron una capa a nanoescala de átomos de carbono de un trozo de grafito, usando cinta adhesiva.

Para fabricar su nueva célula solar, los investigadores de Stanford colocaron capas de diseleniuro de tungsteno TMD con grafeno y agregaron una capa de polímero flexible en ambos lados. También agregaron una capa adicional para mejorar la absorción de la luz.

Eso no es tan fácil como parece. Co-autor principal Alwin Daus dirigió el proceso de fijación del sustrato flexible a escala micrométrica al sándwich TMD. Fue un paso técnicamente desafiante, pero el resultado valió la pena: un nuevo prototipo de celda solar TMD del grosor de una bolsa de plástico delgada con una eficiencia de conversión solar del 5,1 %.

La marca del 5,1 % es un listón alto para la tecnología TMD, pero sigue siendo un maní en comparación con otras células solares. Sin embargo, el estudio concluye que los ajustes adicionales acercarán la nueva celda solar al 27%, lo que coloca a la tecnología de lleno en las grandes ligas.

Stanford también señala que el nuevo prototipo ya es competitivo con otras células solares de película delgada, en función de la producción de energía eléctrica en comparación con el peso.

“El prototipo produjo 4,4 vatios por gramo, una cifra que compite con otras celdas solares de película delgada actuales, incluidos otros prototipos experimentales”, explica Stanford, y agrega que “obtuvo una relación potencia-peso 100 veces mayor que cualquier otra”. TMD aún desarrollados “.

Aparentemente, aún no ha visto nada, porque los investigadores calculan que el límite práctico de su fórmula TMD es de 46 vatios por gramo.

Próximos pasos para un automóvil con energía solar

Para conocer todos los detalles jugosos, consulta el estudio “Flexible de alta potencia específica células solares de dicalcogenuro de metales de transiciónen el diario Naturaleza.

Mientras tanto, algunos propietarios de vehículos eléctricos no están esperando. El propietario de un Tesla hizo olas la primavera pasada al modificar su EV con paneles solares convencionales, aunque los resultados fueron algo menos que estéticamente agradables.

Los fabricantes de vehículos eléctricos también están tratando de resolver la fórmula solar a bordo. Ese es un hueso duro de roer con la tecnología solar convencional, considerando que el exceso de peso interferirá con el alcance de la batería. Sin embargo, en 2011 la firma eNow se concentró en la idea de modernizar camionetas y otros vehículos ligeros con paneles solares para uso auxiliar. Desde entonces, se han expandido a autobuses y remolques frigoríficos, entre otras áreas.

En 2020, la startup Lightyear afirmó que los paneles solares planeados para sus vehículos eléctricos Lightyear One inaugurales podrían proporcionar hasta el 70-90% del kilometraje del automóvil, con la asistencia tecnológica de la firma. Real DSM.

Si eso suena caro, lo es, por ahora. Según lo informado por Electronia el mes pasado, el proyecto va por buen camino con la firma Valmet automotriz. El Lightyear One te costará $ 170,000 si quieres ser el primero en tu bloque, pero espera hasta 2024 o 2025, y puedes obtener una versión de menor alcance denominada Lightyear Two por $ 33,000.

Toyota también ha sido experimentando con energía solar a bordo para EV, pero eso es solo la punta de un gran iceberg de fabricantes de EV y partes interesadas en energía solar que no están esperando TMD. Nuestros amigos de Industrial IT acaban de publicar un nuevo informe de 7 años sobre el mercado global de “automóviles de energía solar cristalina”. Entre las empresas que aparecen en el informe se encuentran Daimler AG, Ford, Toyota, Volkswagen AG, Panasonic, AB Volvo, BYD, Nissan, Trina Solar, Jinko Solar y, por supuesto, Tesla.

Sigueme en Twitter @TinaMCasey.

Foto:Célula solar ultrafina y ligera para vehículos eléctricos y otras aplicaciones ((Crédito de la imagen: Koosha Nassiri Nazif, Universidad de Stanford).

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Y, sin más, nos vemos en la siguiente noticia. ¡Un saludo!

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