El cobre, uno de los materiales más empleados en el diseño y fabricación de cables eléctricos.
Pero un grupo de investigadores del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) se han propuesto una revolución en este sector con cables hechos de nanotubos de carbono (CNT) que pueden ser claves también en el sector de los coches eléctricos.
Vehículos más eficaces con cables más ligeros que reducen el consumo de energía y alargan la autonomía. Además, se reducen significativamente las emisiones de CO₂ durante el proceso de fabricación.
Un material con potencial para crear una nueva generación de coches eléctricos
Los nanotubos de carbono pueden explicarse como ‘lianas’ moleculares formadas por láminas de grafeno enrolladas. Sus principales cualidades son su extraordinaria resistencia y conductividad. Los investigadores del KIST, han desarrollado un polvo de CNT capaz de ser usado en procesos secos de fabricación. Según han demostrado, este polvo presenta una resistencia a la tracción hasta 100 veces superior al acero y una conductividad eléctrica comparable a la del cobre.
Estas cualidades convierten a los cables CNT en unos candidatos ideales para substituir metales pesados en distintas aplicaciones: desde cables de alta tensión en vehículos eléctricos hasta componentes en satélites o la industria aeronáutica. En la práctica, 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, mientras ofrece un peso significativamente inferior
La ligereza del grafeno, junto con su alto módulo elástico (hasta 1 TPa), permite fabricar cables resistentes, flexibles y ultraligeros. En pruebas realizadas por el MIT y por la Universidad de Rice, los cables de nanotubo presentan resultados muy prometedores tanto en transmisión de energía como en reducción de pérdidas energéticas. Además, no se corroen y resisten mejor el calor, lo que prolonga su vida útil.
En España, investigadores del IMDEA Materiales Institut, en colaboración con la Comunidad de Madrid, han demostrado que las láminas hechas de nanotubos mantendrían sus propiedades tras el reciclaje, aportando sostenibilidad a su ciclo de vida.
El método LAST (Lyotropic Liquid Crystal‑Assisted Surface Texturing) organiza los nanotubos de carbono en una estructura alineada y elimina metales contaminantes sin dañar su forma alargada. Esto mejora su conductividad en más de un 130% y reduce el peso en motores eléctricos. Gracias a esta técnica se ha logrado diseñar un motor completamente funcional, sin hilos de cobre, que impulsa un coche de juguete. Aunque por ahora solo alcanza niveles modestos (2–3 V y 3,5 W), representa una prueba de concepto sólida del potencial de este avance.
¿Cómo se aplica esto a los vehículos eléctricos?
Los cables de alto voltaje son cruciales para transferir energía de la batería al motor. Según Aptiv, un fabricante de componentes para vehículos eléctricos, sustituir el cobre por materiales regenerados puede ahorrar hasta un 72% de CO₂ en la producción, sin afectar el rendimiento. Además, los nanotubos podrían reducir aún más estas emisiones, gracias a su ligereza y eficiencia.
La introducción de CNT en baterías también está en marcha: empresas 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.
No obstante, producir cables de nanotubos a escala industrial aún se enfrenta a diferentes problemas. El principal es reproducir a escala global la conductividad exhibida por nanotubos individuales. 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.
Aunque los nanotubos de carbono (CNT) reducen notablemente el peso, su conductividad eléctrica (7,7 MS/m) está muy por debajo del cobre, que alcanza 59 MS/m, lo que se traduce en una eficiencia menor. En ensayos, un motor con CNT logró sólo 3.420 RPM frente a las 18.120 RPM de uno basado en cobre
Además, el coste de fabricar cables completos con CNT (CSCEC) resulta muy elevado, situándose entre 375 y 500 dólares por kilo, comparado con los apenas 10–11 USD del cobre. Su adopción requeriría rediseñar de forma integral motores y sistemas eléctricos.
También es relevante que la producción de CNT, pese a su capacidad para aligerar el vehículo, emplea procesos altamente energéticos y químicos agresivos, como el uso de ácido clorosulfónico, generando subproductos contaminantes como ácido clorhídrico.
En la actualidad, ya existen prototipos operativos. En 2011, la Universidad de Rice presentó un cable transparente de CNT que, según expertos del MIT, podría igualar la conductividad del cobre. Por su parte, el KERI surcoreano busca patentar procesos industriales de CNT para ampliar rápidamente su producción .
Además, algunos proyectos europeos experimentan con materiales alternativos, como la cerámica superconductora, pero los nanotubos destacan por su versatilidad y compatibilidad con la arquitectura de los vehículos eléctricos.