Tecnologías de batería que van a cambiar el mundo

¿Quieres conducir quinientas millas por un dólar? ¿Desea que su teléfono inteligente procese gráficos de computadora con calidad de consola y se recargue una vez por semana? Desea poder usar dispositivos portátiles ligeros de estilo Google Glass durante semanas sin preocuparse por cargarlos?

Todas estas excelentes aplicaciones tecnológicas esperan una mejor tecnología de batería. La tecnología de la batería ha estado creciendo más lentamente que otras tecnologías (como la velocidad del procesador y el almacenamiento de la computadora), y ahora es el polo de la tienda en una asombrosa cantidad de industrias. Hay buenas razones para creer que estamos alcanzando algunos límites fundamentales para la tecnología actual de iones de litio, y hay una serie de tecnologías interesantes en el horizonte. Hoy veremos cuatro de las opciones más prometedoras.

Las mejores baterías pueden hacer que los autos eléctricos sean prácticos, liberar los dispositivos móviles de la ansiedad por la carga y permitir clases completamente nuevas de dispositivos portátiles ligeros y de larga duración. Así es como lo van a hacer:

3. Baterías de doble carbono

Además de no ser tan denso en energía como quisiéramos, existen otras limitaciones serias a la tecnología de batería de iones de litio existente, especialmente el tiempo de carga, la volatilidad y la degradación.

Las baterías de iones de litio tardan en cargarse, a menudo varias horas, incluso con la mejor tecnología, y, aunque probablemente sean más seguras que la gasolina, se calientan durante el funcionamiento (particularmente baterías de alto rendimiento como las que se usan en vehículos eléctricos). Si la disipación de calor no se maneja adecuadamente, la reacción desbocada resultante puede causar incendios o incluso una explosión..

Para empeorar las cosas, el ciclo de carga y descarga de las baterías de iones de litio es destructivo: después de solo doscientos cincuenta ciclos de carga y descarga, las baterías de iones de litio ya habrán perdido alrededor del veinte por ciento de su capacidad de almacenamiento. Esto está bien para mercados como los teléfonos inteligentes, donde las personas reemplazan sus dispositivos cada año o dos de todos modos, pero es un problema para mercados como el vehículo eléctrico, que a la gente probablemente le gustaría usar durante años sin tener que reemplazar un componente de batería tóxico y costoso.

Ahora, una compañía llamada “Power Japan Plus” piensa que tiene una solución, en forma de “doble carbono” batería. Esta tecnología de batería reemplaza el ánodo y el cátodo de la batería (los terminales positivo y negativo, típicamente hechos de un metal altamente reactivo como el óxido de litio) con carbono simple, que es bastante inerte. El resultado es una batería que no almacena dramáticamente más energía que la tecnología de iones de litio, pero que aborda muchas de las otras limitaciones de las baterías actuales..

Las baterías de doble carbono pueden cargarse veinte veces más rápido que la tecnología de iones de litio, no producen calor durante el funcionamiento y son mucho menos propensas a incendiarse. También se degradan mucho más lentamente (son buenos durante aproximadamente tres mil ciclos). Debido a que el carbono está fácilmente disponible y es químicamente inofensivo, también son baratos, relativamente no tóxicos y reciclables..

Chris Craney, el director de marketing de la compañía, cree que las baterías eventualmente serán un gran problema para los autos eléctricos: hablando con el Atlántico, dijo,

“Tenemos reclamos ambiciosos [...] Si hay una compañía [de vehículos eléctricos] que quiere subir al nivel de Tesla, seríamos una buena compañía para hablar. […] Para ser audaces, estamos seguros de que somos una solución importante para la industria actual de vehículos eléctricos..”

La compañía planea comenzar a producir una serie inicial de baterías este año, para su uso principalmente en equipos médicos..

2. Baterías de litio y aire

Otro enfoque para aumentar la densidad de las baterías es modificar la química para que la reacción de generación de energía extraiga oxígeno de la atmósfera exterior (y produzca oxígeno mientras se recarga), como en el caso de las baterías de litio-aire. IBM está buscando esta tecnología, entre otras, como un eventual santo grial de la tecnología de baterías.

Al usar oxígeno atmosférico en lugar de almacenar el oxígeno en la batería, puede aumentar drásticamente la densidad de almacenamiento, en teoría ofreciendo ganancias de densidad de hasta cuarenta veces, en comparación con las celdas de litio convencionales, lo que lleva a automóviles eléctricos que pueden viajar por miles de millas en un cargo. Los prototipos existentes superan a las células actuales de iones de litio por un factor del doble. Estas densidades están cerca del límite teórico de lo que posiblemente se puede lograr con una batería química..

Esta tecnología de batería está bastante lejos (IBM estima de 5 a 15 años), pero en muchos sentidos representa el santo grial de las baterías químicas: la mejor densidad posible para un peso dado. Las baterías recargables de litio-aire pueden competir con la gasolina en cuanto a densidad de energía, algo inaudito en la tecnología de batería convencional. La página de IBM para su proyecto de investigación lo describe así:

Hoy en día, los automóviles eléctricos pueden viajar solo unas 100 millas con la tecnología de batería actual, llamada ion de litio (LIB). […] Reconociendo esto, IBM comenzó el proyecto Battery 500 en 2009 para desarrollar un nuevo tipo de tecnología de batería de litio-aire que se espera que mejore diez veces la densidad de energía, aumentando dramáticamente la cantidad de energía que estas baterías pueden generar y almacenar. Hoy, los investigadores de IBM han demostrado con éxito la química fundamental del proceso de carga y recarga para baterías de litio-aire..

1. Ultracondensadores de grafeno

Otro enfoque más especulativo para mejorar el rendimiento de la batería es deshacerse por completo de la parte 'batería' de la idea. Una alternativa a la tecnología de batería es lo que se conoce como condensadores: placas cargadas, separadas por una resistencia. La electricidad se puede almacenar en el condensador como un campo electrostático, y luego descargarse más tarde (piense en acumular una carga estática en su cuerpo acariciando a un gato y luego descargar su cuerpo en un picaporte).

Los condensadores convencionales tienen límites serios a la cantidad de carga que pueden almacenar, así como a la lentitud con la que pueden liberar esa carga. Sin embargo, al usar materiales como el grafeno, que tienen áreas de superficie enormemente altas para su masa y volumen, es posible crear celdas con una capacitancia enorme y densidades de energía comparables a las baterías convencionales..

Estos 'ultracondensadores' no se degradarían en cada ciclo de carga, y podrían cargarse en segundos. Los prototipos existentes no muestran reducción en la capacitancia en más de 10,000 ciclos de carga, y muestran una densidad de energía comparable a las baterías tradicionales de iones de litio. Las futuras mejoras en la ciencia de los materiales podrían impulsar esos números aún más..

En el corto plazo, algunos expertos informan que Tesla está desarrollando un ultracondensador de grafeno que podría cargarse en segundos y duplicar el alcance de sus autos eléctricos a 500 millas por carga. Elon Musk, por su parte, ha mencionado la idea antes:

“Si tuviera que hacer una predicción, pensaría que hay muchas posibilidades de que no se trate de baterías, sino de supercondensadores..”

Es probable que todas estas tecnologías tengan un papel que desempeñar, a corto y largo plazo, a medida que comenzamos a superar la tecnología de iones de litio que hemos estado utilizando durante décadas. La transición probablemente no será del todo elegante o tan rápida como nos gustaría, pero permitirá nuevas aplicaciones y tecnologías que cambiarán el mundo en las próximas décadas..

¿Cuál crees que será la tecnología energética del futuro?? ¿Serán baterías, condensadores u otra cosa? Comparte tus pensamientos en la sección de comentarios a continuación!