Una batería pequeña en tamaño y grande en potencia

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 1000 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. Los 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", explicó William King, el jefe del proyecto de investigación de la Universidad de Illinois.

"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. 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", agregó el profesor.

"Como hemos reducido la distancia de flujo entre los iones y los electrones, ahora podemos generar energía mucho más rápido", dijo King.

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 300 grados.

"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", agregó el investigador.

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. 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", dijo Edwards.

"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", agregó el profesor de la Universidad de Oxford.

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. 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.