El módulo de potencia de inductancia ultra baja (ULIS) de NREL puede ayudar a “exprimir” potencia más utilizable fuera del suministro de electricidad mundial, por lo que es una solución prometedora para el aumento de las demandas de energía a los centros de datos y los vehículos. Crédito: Brooke Buchan, Nrel
Las demandas de energía global están surgiendo, impulsadas por centros de datos intensivos en energía que alimentan la inteligencia artificial y el aumento de la fabricación. ¿Cómo satisfará el mundo estas crecientes necesidades de energía?
Una respuesta es obtener más uso de la energía que ya producimos y a un costo menor. En la búsqueda de este objetivo, los investigadores de NREL han creado un módulo de potencia basado en silicio-carburo, una carcasa física para la electrónica de potencia que controlan el flujo de electricidad entre los sistemas, con una eficiencia nunca antes vista, densidad de potencia y capacidad de fabricación de bajo costo.
El avance, llamado módulo de potencia inteligente de inductancia ultra baja de NREL, es apodado Úlcera. Impulsado por semiconductores de carburo de silicio, ULIS es capaz de lograr una densidad de energía cinco veces mayor que los diseños predecesores en un paquete más pequeño, lo que hace posible que los fabricantes construyan y alimenten tecnologías más eficientes, compactas y más ligeras.
El módulo de potencia de 400 amperios de 1200 voltios es adecuado para su uso en centros de datos, redes eléctricas, microrreactores e incluso vehículos de servicio pesado, como aviones de próxima generación y vehículos militares.
Lo más importante es que ULIS cuenta con inductancia parásita, resistencia a los cambios en la corriente eléctrica, que es el principal obstáculo para cualquier conversión eléctrica, siete a nueve veces más baja que cualquier módulo de energía de carburo de silicio de estado de estado actual. Su conmutación ultrarrápida y ultraficiente de corriente eléctrica en formas utilizables le permite a ULIS “exprimir” potencia más utilizable del suministro de electricidad. Esto lo convierte en una solución convincente para el problema de la demanda de energía del mundo.
“Consideramos que Ulis es un verdadero avance”, dijo Faisal Khan, investigador principal de Power Electronics de NREL e investigador principal del proyecto. “Es un módulo de energía ultrarrápido a prueba de futuro que hará que la próxima generación de convertidores de potencia sea más asequible, eficiente y compacto”.
Además, explicó Khan, Ulis es adecuado para aplicaciones de alta intensidad, como la aviación y las operaciones militares, porque el poderoso módulo liviano también monitorea su propio estado de salud y puede predecir la falla de los componentes antes de que ocurra. Para los aviones que vuelan 30,000 pies sobre el nivel del mar o los vehículos militares que viajan a través de zonas de combate, ese nivel de confiabilidad puede significar la diferencia entre la vida y la muerte.
“Ulis fue un esfuerzo verdaderamente orgánico, construido completamente internamente aquí en Nrel”, dijo Khan. “Estamos muy emocionados de demostrar sus fortalezas en la configuración del mundo real”.
Ulis presenta un diseño completamente nuevo y de bajo costo
Muchas de las características de ULIS son posibles por su diseño totalmente nuevo.
A diferencia de los módulos de potencia típicos, que ensamblan dispositivos semiconductores dentro de un paquete de ladrillo, Ulis enrolla sus circuitos alrededor de un diseño plano y octogonal. La forma de tipo disco permite que se alojaran más dispositivos en un área más pequeña, lo que hace que el paquete general sea más pequeño y ligero. Al mismo tiempo, el enrutamiento de corriente novedoso permite la máxima cancelación de flujo magnético, lo que contribuye a la salida eléctrica limpia y de baja pérdida del módulo de potencia, en otras palabras, su ultra eficiencia.
“Nuestra mayor preocupación era que el dispositivo se apague muy rápidamente, y necesitábamos un diseño que no creara un punto de estrangulamiento dentro del diseño”, dijo Shuofeng Zhao, un investigador de productos electrónicos de NREL Power que diseñó la arquitectura de cancelación de flujo de ULIS.
Uno de los diseños originales, dijo Zhao, parecía una flor con un semiconductor en la punta de cada pétalo. Otra idea era crear un cilindro hueco con componentes conectados al interior. Cada idea que se le ocurrió el equipo era demasiado costosa o demasiado difícil de fabricar, hasta que dejaron de pensar en tres dimensiones y aplanaron el diseño en casi dos. Sarwar Islam, otro investigador de productos electrónicos de potencia de NREL en el equipo de ULIS, presentó la estructura 2D, lo que permitió construir la complejidad de equilibrio del módulo con costo y rendimiento.
“Lo aplastamos, como un panqueque”, dijo Zhao, “y de repente tuvimos un diseño de bajo costo y alto rendimiento que era mucho más fácil de fabricar”.
Otro investigador de Electronics de Nrel Power, Joshua Major, ideó varias innovaciones de fabricación para construir la intrincada arquitectura de ULIS de bajo costo utilizando solo herramientas NREL e instalaciones de laboratorio.
El buen equilibrio que el equipo encontró entre el alto rendimiento eléctrico de un diseño 3D y un diseño plano y amigable para la fabricación desbloqueó el máximo potencial de Ulis.
En segundo lugar, donde los módulos de potencia convencionales dependen de materiales voluminosos e inflexibles, Ulis adopta un nuevo enfoque.
Los diseños tradicionales requieren módulos de energía para llevar a cabo electricidad y disipar el exceso de calor uniendo las hojas de cobre directamente a una base de cerámica, una solución efectiva pero rígida. Ulis une el cobre a un polímero flexible, llamado Tempion, para crear un diseño más delgado, más ligero y más configurable.
Debido a que el material se une fácilmente al cobre usando solo presión y calor, y debido a que sus piezas se pueden mecanizar utilizando equipos ampliamente disponibles, ULIS se puede fabricar de manera rápida y económica. Los costos de fabricación totalizan cientos, en lugar de miles, de dólares.
Un tercer avance permite que ULIS funcione de forma inalámbrica, como una unidad aislada que se puede controlar y monitorear sin cables externos. Esa naturaleza modular y similar a LEGO significa que puede ubicarse en máquinas tan diferentes como los servidores centrales de datos, aviones avanzados y vehículos militares. La patente para este protocolo de comunicación inalámbrica de baja latencia, encabezada por NREL Power Electronics Sarwar Islam, está pendiente.
Finalmente, mientras los semiconductores de carburo de silicio que impulsan a ULIS representan el estado actual del arte, el equipo de investigación de ULIS ha “pruebas futuras” intencionalmente el diseño. Ulis puede escalar para acomodar avances en dispositivos semiconductores utilizando carburo de silicio, nitruro de galio e incluso óxido de galio, una vía prometedora que aún no se ha comercializado.
Cada innovación se suma a una sola idea: que en un mundo donde dependemos del acceso constante a la electricidad, ULIS proporciona confiabilidad.
El diseño intencional de ULIS para aplicaciones de alta intensidad está listo para el impacto
¿Dónde podría Ulis tener un impacto?
Modernización de la red eléctrica de los Estados Unidos: cada vez que la energía se alimenta a la red eléctrica, debe convertirse en una forma utilizable. Este proceso a menudo se basa en transformadores voluminosos y de baja frecuencia y estaciones de conversión. La conmutación ultrarrápida y eficiente de ULIS maximiza la cantidad de energía que alcanza los consumidores, y su tolerancia a las altas temperaturas puede reducir los costos de mantenimiento durante la vida de una planta de energía. Habilitando aviones avanzados: debido a que ULIS puede transferir electricidad más rápido que otras tecnologías en el mercado y conservar más electricidad, puede permitir convertidores de energía livianos de alto rendimiento para aviones avanzados. Eso significa tecnologías futuristas como vehículos de despegue y aterrizaje vertical eléctrico (EVTOL), a veces considerando “taxis voladores”, podrían volverse rentables y lo suficientemente alto como para ser comercialmente viable. Las ciudades y centros de datos que alimentan a través de la fusión: si bien los reactores de fusión comerciales aún están en el horizonte, estos sistemas de energía podrían resultar revolucionarios al entregar potencia donde los sistemas de energía tradicionales son difíciles de construir y mantener. La inductancia ultralval de ULIS y el diseño compacto y confiable permitirán construir los componentes de potencia pulsados necesarios para futuros sistemas de fusión. Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable
Cita: los investigadores construyen el módulo de potencia de carburo de silicio más rápido, de bajo costo y de bajo costo del mundo (2025, 11 de septiembre) Recuperado el 11 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-world-fastest-ultaeffient–carbide.html
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