Investigadores del NREL construyen el módulo de energía de carburo de silicio más rápido, económico y ultraeficiente del mundo

<p></p><p>La demanda mundial de energía está en aumento, impulsada por centros de datos de alto consumo energético que impulsan la inteligencia artificial y el aumento de la producción. ¿Cómo cubrirá el mundo estas crecientes necesidades energéticas?</p>
<p>Una respuesta es aprovechar al máximo la energía que ya producimos a un menor coste. Para lograr este objetivo, los investigadores del <a href="https://www.nrel.gov/"><strong>NREL</strong></a> han creado un módulo de potencia basado en carburo de silicio (una carcasa física para la electrónica de potencia que controla el flujo de electricidad entre sistemas) con una eficiencia, densidad de potencia y una fabricación a bajo coste sin precedentes.</p>
<blockquote><p>Relacionado:</p><p><a href="https://elperiodicodelaenergia.com/el-proyecto-europeo-mowilife-mostrara-como-los-dispositivos-mosfet-de-sic-pueden-ejorar-los-convertidores-de-potencia/">El proyecto europeo MoWiLife mostrará cómo los semiconductores de carburo de silicio pueden mejorar los convertidores de potencia</a></p></blockquote><p>El avance, denominado módulo de potencia inteligente de inductancia ultrabaja del NREL, se conoce como ULIS. Alimentado por semiconductores de carburo de silicio, ULIS es capaz de alcanzar una densidad energética cinco veces mayor que los diseños anteriores en un encapsulado más pequeño, lo que permite a los fabricantes desarrollar y alimentar tecnologías más eficientes, compactas y ligeras. El módulo de potencia de 1.200 voltios y 400 amperios es apto para centros de datos, redes eléctricas, microrreactores e incluso vehículos pesados, como aeronaves y vehículos militares de nueva generación.</p>
<p>Lo más importante es que ULIS cuenta con una inductancia parásita (resistencia a los cambios de corriente eléctrica, principal obstáculo para cualquier conversión eléctrica) de siete a nueve veces menor que la de cualquier módulo de potencia de carburo de silicio de última generación. Su conversión ultrarrápida y ultraeficiente de la corriente eléctrica a formas utilizables permite a ULIS extraer más energía utilizable del suministro eléctrico. Esto lo convierte en una solución convincente para el problema de la demanda energética mundial.</p>
<h3>Un verdadero avance</h3>
<p>“Consideramos que ULIS es un verdadero avance”, afirmó Faisal Khan, investigador principal de electrónica de potencia del NREL e investigador principal del proyecto. “Es un módulo de potencia ultrarrápido y con visión de futuro que hará que la próxima generación de convertidores de potencia sea más asequible, eficiente y compacta”.</p>
<blockquote><p>Relacionado:</p><p><a href="https://elperiodicodelaenergia.com/los-modulos-en-tandem-de-perovskita-y-silicio-deben-tener-una-eficiencia-de-al-menos-el-25-para-poder-competir-en-precio-con-otras-tecnologias-solares/">Los módulos en tándem de perovskita y silicio deben tener una eficiencia de al menos el 25% para poder competir en precio con otras tecnologías solares</a></p></blockquote><p>Además, explicó Khan, el ULIS es especialmente adecuado para aplicaciones de alta intensidad, como la aviación y las operaciones militares, ya que el módulo, potente y ligero, también monitoriza su propio estado de salud y puede predecir fallos de componentes antes de que ocurran. Para aviones que vuelan a 9.000 metros sobre el nivel del mar o vehículos militares que atraviesan zonas de combate, ese nivel de fiabilidad puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte.</p>
<p>“ULIS fue un esfuerzo verdaderamente orgánico, desarrollado íntegramente en el NREL”, dijo Khan. “Estamos muy emocionados de demostrar sus fortalezas en situaciones reales”.</p>
<h3>Un diseño completamente nuevo</h3>
<p>A diferencia de los módulos de potencia típicos, que ensamblan dispositivos semiconductores dentro de un encapsulado tipo ladrillo, ULIS enrolla sus circuitos alrededor de un diseño plano y octogonal. Su forma de disco permite alojar más dispositivos en un área más pequeña, lo que reduce el tamaño y el peso del encapsulado. Al mismo tiempo, el novedoso enrutamiento de la corriente permite la máxima cancelación del flujo magnético, lo que contribuye a la salida eléctrica limpia y de bajas pérdidas del módulo de potencia; en otras palabras, a su altísima eficiencia.</p>
<p>&quot;Nuestra mayor preocupación era que el dispositivo se apagara y encendiera muy rápidamente, y necesitábamos un diseño que no creara un punto de estrangulamiento dentro del diseño&quot;, dijo Shuofeng Zhao, un investigador de electrónica de potencia de NREL que diseñó la arquitectura de cancelación de flujo de ULIS.</p>
<p><img alt="ULIS presenta la inductancia parásita (resistencia a la variación de la corriente) más baja jamás vista, lo que le permite convertir la electricidad con mayor eficiencia. - NREL /&gt;&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Uno de los diseños originales, según Zhao, parecía una flor con un semiconductor en la punta de cada pétalo. Otra idea era crear un cilindro hueco con componentes cableados en su interior. Todas las ideas que se le ocurrían al equipo eran demasiado caras o difíciles de fabricar, hasta que dejaron de pensar en tres dimensiones y redujeron el diseño a casi dos. Sarwar Islam, otro investigador de electrónica de potencia del NREL del equipo ULIS, ideó la estructura 2D, que permitió construir el módulo equilibrando la complejidad con el coste y el rendimiento.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;“Lo aplastamos hasta dejarlo plano, como un panqueque”, dijo Zhao, “y de repente teníamos un diseño de bajo costo y alto rendimiento que era mucho más fácil de fabricar”.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Otro investigador de electrónica de potencia del NREL, Joshua Major, ideó varias innovaciones de fabricación para construir la intrincada arquitectura de ULIS de manera económica utilizando únicamente herramientas e instalaciones de laboratorio del NREL.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;El delicado equilibrio que encontró el equipo entre el alto rendimiento eléctrico de un diseño 3D y un diseño plano y de fácil fabricación liberó todo el potencial de ULIS.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;En segundo lugar, donde los módulos de potencia convencionales dependen de materiales voluminosos e inflexibles, ULIS adopta un nuevo enfoque.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Los diseños tradicionales requieren módulos de potencia que conduzcan la electricidad y disipen el exceso de calor mediante la unión de láminas de cobre directamente a una base cerámica, una solución eficaz, pero rígida. ULIS une el cobre a un polímero flexible, llamado Temprion, para crear un diseño más delgado, ligero y configurable.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Dado que el material se adhiere fácilmente al cobre con solo presión y calor, y que sus piezas pueden mecanizarse con equipos de fácil acceso, el ULIS se puede fabricar de forma rápida y económica. Los costos de fabricación ascienden a cientos, en lugar de miles, de dólares.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Un tercer avance permite que ULIS funcione de forma inalámbrica, como una unidad aislada que puede controlarse y monitorizarse sin cables externos. Su modularidad, similar a la de un Lego, permite su integración en máquinas tan diversas como servidores de centros de datos, aeronaves avanzadas y vehículos militares. La patente de este protocolo de comunicación inalámbrica de baja latencia, impulsado por Sarwar Islam, de electrónica de potencia del NREL, está pendiente.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Finalmente, si bien los semiconductores de carburo de silicio que alimentan ULIS representan la tecnología más avanzada, el equipo de investigación de ULIS ha diseñado el diseño a prueba de futuro. ULIS puede escalar para adaptarse a los avances en dispositivos semiconductores que utilizan carburo de silicio, nitruro de galio e incluso óxido de galio, una opción prometedora que aún no se ha comercializado.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;&lt;img src=" src="https://cdn.elperiodicodelaenergia.com/2025/09/68c453c324f7c153ab0c586e.jpg" /></p><p>Uno de los diseños originales, según Zhao, parecía una flor con un semiconductor en la punta de cada pétalo. Otra idea era crear un cilindro hueco con componentes cableados en su interior. Todas las ideas que se le ocurrían al equipo eran demasiado caras o difíciles de fabricar, hasta que dejaron de pensar en tres dimensiones y redujeron el diseño a casi dos. Sarwar Islam, otro investigador de electrónica de potencia del NREL del equipo ULIS, ideó la estructura 2D, que permitió construir el módulo equilibrando la complejidad con el coste y el rendimiento.</p>
<p>“Lo aplastamos hasta dejarlo plano, como un panqueque”, dijo Zhao, “y de repente teníamos un diseño de bajo costo y alto rendimiento que era mucho más fácil de fabricar”.</p>
<p>Otro investigador de electrónica de potencia del NREL, Joshua Major, ideó varias innovaciones de fabricación para construir la intrincada arquitectura de ULIS de manera económica utilizando únicamente herramientas e instalaciones de laboratorio del NREL.</p>
<p>El delicado equilibrio que encontró el equipo entre el alto rendimiento eléctrico de un diseño 3D y un diseño plano y de fácil fabricación liberó todo el potencial de ULIS.</p>
<p>En segundo lugar, donde los módulos de potencia convencionales dependen de materiales voluminosos e inflexibles, ULIS adopta un nuevo enfoque.</p>
<p>Los diseños tradicionales requieren módulos de potencia que conduzcan la electricidad y disipen el exceso de calor mediante la unión de láminas de cobre directamente a una base cerámica, una solución eficaz, pero rígida. ULIS une el cobre a un polímero flexible, llamado Temprion, para crear un diseño más delgado, ligero y configurable.</p>
<p>Dado que el material se adhiere fácilmente al cobre con solo presión y calor, y que sus piezas pueden mecanizarse con equipos de fácil acceso, el ULIS se puede fabricar de forma rápida y económica. Los costos de fabricación ascienden a cientos, en lugar de miles, de dólares.</p>
<p>Un tercer avance permite que ULIS funcione de forma inalámbrica, como una unidad aislada que puede controlarse y monitorizarse sin cables externos. Su modularidad, similar a la de un Lego, permite su integración en máquinas tan diversas como servidores de centros de datos, aeronaves avanzadas y vehículos militares. La patente de este protocolo de comunicación inalámbrica de baja latencia, impulsado por Sarwar Islam, de electrónica de potencia del NREL, está pendiente.</p>
<p>Finalmente, si bien los semiconductores de carburo de silicio que alimentan ULIS representan la tecnología más avanzada, el equipo de investigación de ULIS ha diseñado el diseño a prueba de futuro. ULIS puede escalar para adaptarse a los avances en dispositivos semiconductores que utilizan carburo de silicio, nitruro de galio e incluso óxido de galio, una opción prometedora que aún no se ha comercializado.</p>
<p><img alt="&quot;El" src="https://cdn.elperiodicodelaenergia.com/2025/09/68c4536224f7c153ab0c586d.jpg" /></p><p><strong>El diseño de ULIS para aplicaciones de alta intensidad está preparado para el impacto</strong></p>
<p>¿Dónde podría ULIS tener un impacto?</p>
<p><strong>Modernización de la red eléctrica estadounidense</strong>: Cada vez que se inyecta energía a la red eléctrica, es necesario convertirla en una forma utilizable. Este proceso suele depender de transformadores y estaciones de conversión voluminosos y de baja frecuencia. La conmutación ultrarrápida y eficiente de ULIS maximiza la cantidad de energía que llega a los consumidores, y su tolerancia a altas temperaturas puede reducir los costos de mantenimiento durante la vida útil de una central eléctrica.</p>
<p><strong>Habilitación de aeronaves avanzadas:</strong> Dado que ULIS puede transferir electricidad más rápido que otras tecnologías del mercado y ahorrar más electricidad, permite el uso de convertidores de potencia ligeros y de alto rendimiento para aeronaves avanzadas. Esto significa que tecnologías futuristas como los vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL), a veces conocidos como &quot;taxis voladores&quot;, podrían resultar rentables y de alto rendimiento, lo suficientemente rentables como para ser comercialmente viables.</p>
<p><strong>Alimentando ciudades y centros de datos mediante fusión</strong>: Si bien los reactores de fusión comerciales aún están en el horizonte, estos sistemas energéticos podrían resultar revolucionarios al suministrar energía donde los sistemas energéticos tradicionales son difíciles de construir y mantener. La inductancia ultrabaja y el diseño compacto y fiable de ULIS permitirán construir los componentes de energía pulsada necesarios para los futuros sistemas de fusión.</p>