Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois,
en Estados Unidos, ha desarrollado un nuevo tipo de batería con microelectrodos
de tres dimensiones que podría revolucionar la manera en que funcionan los
productos electrónicos y los vehículos eléctricos.
Los científicos, cuyo laboratorio está en la ciudad de
Urbana-Champaign, crearon una microbatería que tiene un mayor poder, un menor
tamaño y una capacidad de recarga hasta 1.000 veces más rápida que las opciones
actualmente existentes.
Los investigadores señalan la trascendencia que tiene
esta innovación ya que el campo de investigación de baterías se ha quedado
relativamente rezagado ante el frenético ritmo de avance del mercado de los
teléfonos inteligentes y otros artefactos eléctricos.
Esta nueva batería tiene apenas unos pocos milímetros de tamaño
pero tiene tanta fuerza que si ya estuviera disponible en un celular, una
persona podría usar su poder energético para encender el motor muerto de su
automóvil y después recargar su celular apenas en segundos.
Sin embargo, todavía persisten dudas sobre la seguridad
que pueda tener esta nueva pila.
Detalles sobre esta investigación han sido publidados por
la revista Nature Communications.
¿Cómo funciona?
Toda batería funciona con dos componentes que provocan
reacciones químicas y son llamados electrodos.
Hay dos tipos de electrodos, los ánodos y los cátodos. El
ánodo es el electrodo que libera electrones como resultado de un proceso de
oxidación.
El cátodo es el electrodo al otro lado de la batería al
cual los electrones fluyen y son absorbidos. Hay un tercer elemento, el
electrolito, que bloquea a los electrones para que no viajen libremente.
Cuando la batería de un aparato es conectada, los
electrones fluyen a través de circuitos viajando de un electrodo a otro.
Los investigadores de la Universidad de Illinois
encontraron una nueva forma de integrar el ánodo y el cátodo en una
microescala.
"Los electrodos de la batería tienen pequeños dedos
entrelazados que se tocan unos a otros", le dijo a la BBC el jefe del
proyecto de investigación, el profesor William King.
"Eso produce dos cosas. Nos permite que hagamos que
la batería tenga un área de superficie muy alta a pesar de que su volumen es
extremadamente pequeño".
"Y esto hace que las dos mitades de la batería estén
muy cerca, de manera que el flujo de los iones y los electrones es corto".
"Como hemos reducido la distancia de flujo entre los
iones y los electrones, ahora podemos generar energía mucho más rápido".
La técnica de fabricación
Las células de esta nueva batería fueron fabricadas
adaptando un proceso desarrollado por otro equipo de esta misma universidad.
Este proceso permite una recarga más rápida que la
producida por el ion de litio (Li-on) y los equivalentes de níquel e hidruro
metálico (NiMH).
Además, los científicos crearon un entramado de pequeñas
esferas de poliestireno y posteriormente rellenaron su espacio interior y
recubrieron la estructura con metal.
A continuación, las esferas fueron entonces disueltas
para dejar un andamio de metal de tres dimensiones sobre el que se añadió una
aleación de níquel y estaño para formar el ánodo. También añadieron
oxihidróxido de manganeso para formar el cátodo.
Finalmente, este aparato fue pegado a una superficie de
vidrio y se sumergió en un líquido caliente a 300C (572F).
"Hoy estamos haciendo pequeños números en este
proceso de fabricación, pero mientras sea confiable y podamos repetirlo
necesitamos ser capaces de hacer mayores cantidades en áreas mayores",
dijo el profesor King.
"Pero en principio la escala de nuestra tecnología
se puede llevar a productos electrónicos y vehículos".
"Usted podría reemplazar la batería de su carro con
una de nuestras baterías y podría ser 10 veces más pequeña o 10 veces más
poderosa. Es decir, usted podría impulsar un vehículo con la batería de su
teléfono celular".
Temores sobre la seguridad
Otros expertos en baterías aplaudieron los esfuerzos del
equipo de Illinois pero consideran que llevar esta tecnología al mercado será
difícil.
"El reto es hacer una matriz de microbaterías que
sea suficientemente robusta y que no tenga un sólo corto circuito en un proceso
en el que se pueda hacer barata la fabricación a mayor escala", dijo la
profesora Clare Grey del departamento de química de la Universidad de
Cambridge.
Otro analista, el profesor Peter Edwards, experto en
química inorgánica y energía de la Universidad de Oxford, también expresó sus
dudas.
"Este es un avance muy emocionante y demuestra que
las densidades de alto poder son posibles", dijo.
"Los retos son: lograr esto a niveles de escala para
manufacturación; desarrollar una ruta de fabricación más simple; y tomar en
cuenta temas de seguridad".
"Me gustaría saber si estas microbaterías serían más
propensas a la autocombustión que las baterías de óxido de cobalto y litio,
algo que se ha convertido en una preocupación con los jets Dreamliner de
Boeing".
El futuro
El profesor King reconoce que la seguridad fue una preocupación
debido al hecho de que el electrolito usado es un líquido combustible.
Explicó que en el equipamiento de prueba fue usada sólo
una cantidad microscópica de líquido, por lo cual el riesgo de una explosión
fue insignificante. Sin embargo, si la escala fuera mayor el peligro podría
llegar a ser "significativo".
En todo caso, añadió que para resolver esta situación ya
ha planeado hacer un cambio y usar un electrolito de base de polímeros más
seguro.
El profesor King añadió que espera tener esta tecnología
lista para ser probada como fuente de poder para equipos electrónicos antes del
final de este año.
Este equipo de la Universidad de Illinois es uno de los
diversos grupos que están tratando de mejorar las fuentes de poder de los
aparatos eléctricos.
Por ejemplo, científicos de la Universidad de Texas están
trabajando en un tipo de batería que puede aplicarse como aerosol en las
superficies. Otro equipo de la Univesidad de Bedfordshire está explorando la
idea de usar las ondas de radio como fuentes de poder energético.
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