Profesor Rosenkranz publica en revista Nature Reviews Materials destacando uso de Materiales 2D en vehículos eléctricos
Recientemente se publicó en la revista Nature Reviews Materials el artículo “2D materials for durable and sustainable electric vehicles”, en el que participa como coautor y corresponding author, el académico del Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales (DIQBM) de la Universidad de Chile, Andreas Rosenkranz.
En el documento desarrollado en conjunto con la Prof. Dr. Diana Berman, el Prof. Dr. Leonardo Faran y el Prof. Dr. Ali Erdemir, se analiza la situación actual de los vehículos eléctricos (EVs) y se presentan a los nanomateriales bidimensionales (2D) como una potencial alternativa para el desarrollo de aditivos que permitan prolongar su vida útil y aumentar su eficiencia energética.
De acuerdo al informe anual de International Energy Agency (IEA) se espera que uno de cada cinco automóviles vendidos en todo el mundo en 2024 sea eléctrico. Sin duda el uso de los EVs se ha masificado rápidamente y el motivo se debe principalmente a que surge como alternativa para reducir las emisiones de CO2 y combatir la contaminación ambiental. Sin embargo, este nuevo escenario mundial presenta nuevos desafíos para darle sostenibilidad en el tiempo perfeccionando su rendimiento, eficiencia y durabilidad.
La publicación destaca que “si bien los vehículos eléctricos tienen menos piezas móviles que los vehículos con motor de combustión interna, sus motores eléctricos y componentes de transmisión, electrónica de potencia y paquetes de baterías plantean desafíos mecánicos, tribológicos, térmicos y eléctricos críticos”, cuyas funciones se pueden deteriorar con el uso, detalla el documento de investigación.
En este sentido, ejemplifica lo que sucede debido a la generación térmica que se produce en el sistema, debido al uso de baterías de alta densidad de corriente y dispositivos electrónicos de potencia, que generan una gran cantidad de calor, por lo que requieren líquidos refrigerantes para mantener la temperatura óptima. “En vehículos eléctricos se usan dos tipos de fluidos, uno para lubricación (aceite) y otro refrigerante (coolant). Eso significa que hay dos líquidos que no son compatibles en un sistema complejo. Existe el desafío de diseñar un líquido “universal” para que cumpla ambas funciones y los nanomateriales laminares (materiales 2D) pueden servir como aditivos para mejorar los líquidos existentes”, comenta el director del Núcleo Milenio de MXenos Avanzados para Aplicaciones en Sustentabilidad (AMXSA).
Los materiales bidimensionales (2D) como el grafeno, el MoS2 y los MXenos, poseen propiedades mecánicas y tribológicas únicas, “por eso es tan importante la investigación en esta área porque tienen mucho potencial, los MXenos son ideales para proteger rodamientos y engranajes de descargas eléctricas por sus características cerámicas, que frente a un exceso de calor tienen la conductividad térmica necesaria para sacar el calor del sistema y transferirlo. Los MXenos tienen las características, desde el punto de vista mecánico, eléctrico y térmico para hacer una contribución significativa en ese tema”, añadió el investigador.
El artículo desarrollado por el equipo de investigadores menciona que los nanomateriales 2D, “se pueden utilizar como aditivos en forma de escamas suspendidas de pocas capas o partículas multicapas en aceites y grasas para vehículos eléctricos, como recubrimientos protectores de lubricantes sólidos en superficies e interfaces o como rellenos en piezas compuestas del conjunto de vehículos eléctricos”.
Finalmente, se plantea que por la complejidad de los desafíos térmicos, eléctricos y tribológicos que presentan los EVs, se deberían considerar a los materiales bidimensionales como una posible solución e investigar en condiciones similares, imitando tensiones eléctricas y tribológicas acopladas, con el objetivo de mejorar la eficiencia, confiabilidad y seguridad de los futuros vehículos eléctricos.
El potencial que estos nanomateriales presentan para aumentar la eficiencia de los materiales y bajar la emisiones de dióxido de carbono en el ambiente surgen como una gran oportunidad para descontaminar nuestro planeta. En esta línea, nace en nuestro país el Núcleo Milenio de MXenos Avanzados para Aplicaciones en Sustentabilidad con apoyo de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID), que busca no sólo desarrollar de manera sustentable estos nanomateriales para su uso en catálisis, detección de gases y tribología, sino que también convertirse en una institución líder en investigación de Mxenos en Sudamérica.
El paper publicado en la revista Nature Reviews Materials se puede leer en el siguiente link https://www.nature.com/articles/s41578-024-00680-3
