En los últimos años el magnate de la tecnología Elon Musk nos ha prometido conquistar el espacio, llegar de Los Ángeles a San Francisco en 35 minutos gracias a un transporte de tubos al vacío y llenar las carreteras únicamente de coches eléctricos y autónomos, entre otros ambiciosos proyectos. Algunos de ellos continúan vigentes; otros, no tanto. Pero ese futuro al que aspira el fundador de PayPal, Tesla y SpaceX pasa por unas grandes necesidades energéticas que hoy más que nunca piden nuevas soluciones más capaces y ecológicas. Esta es una exigencia común a todo el gran impulso tecnológico en el que estamos inmersos: desde un pequeño smartphone hasta una gran central solar, necesitamos nuevos sistemas de almacenamiento de energía, y es por ello que las baterías se han convertido en la gran obsesión de las tecnológicas. Se busca la batería del futuro: más potente, duradera, segura y sostenible.
En nuestra era tecnológica las baterías de ion litio se han convertido en el estándar común de la industria, que utilizan desde los teléfonos móviles hasta los vehículos eléctricos, y que han posibilitado la existencia de todos nuestros dispositivos portátiles. Pero tienen sus limitaciones. Una de ellas, causante de gran revuelo, la relativa a la seguridad. En septiembre de 2016 un Samsung Galaxy Note 7 explotó e incendió el coche en el que se estaba cargando. Menos de un mes después tuvo que desalojarse un avión comercial cuando un teléfono del mismo modelo empezó a despedir humo. Por entonces ya se habían registrado decenas de casos de terminales ardiendo y la compañía surcoreana había parado la producción. Hoy sabemos que la causa de estas explosiones estaba en el diseño de la batería, y que el problema ha afectado también a otros dispositivos. Y aunque se trate de casos anecdóticos y muy raros, han causado gran preocupación entre los usuarios.
La explosión de las baterías pone de manifiesto un desafío: reducir su tamaño cada vez más y al mismo tiempo dotarlas de más capacidad entraña grandes riesgos. Por esta razón, ya hay compañías que han hecho gala del pensamiento anglosajón think outside the box (lo que en castellano significaría pensar de una forma diferente) para enfrentarse al problema y han cambiado el rumbo de sus esfuerzos. Ahora el futuro cercano de las baterías no es que duren más, sino que se puedan cargar mucho más rápido. El objetivo: conseguir horas de uso con pocos minutos de carga.
Empresas y universidades en busca de la batería dorada
En los últimos años compañías e investigadores han centrado el foco en la carga rápida. Qualcomm, la empresa que fabrica los cerebros de un gran número de dispositivos, ha lanzado versiones sucesivas de su sistema de carga Quick Charge. La última hasta hoy, la versión 5, promete un 50% de carga en 5 minutos con un 70% más de eficiencia. Por su parte, Samsung y Huawei ofrecen sus sistemas Super Fast Charging y Supercharge, respectivamente, con el mismo propósito.
Mientras, los investigadores exploran nuevos modos de acelerar el proceso de carga, que depende de la velocidad del transporte de litio entre los electrodos. Esto, a su vez, viene condicionado por múltiples factores incluyendo el diseño de las celdas y los materiales del ánodo, el cátodo y el electrolito. Ciertas investigaciones han encontrado métodos para agilizar el movimiento del litio, por ejemplo añadiendo iones metálicos grandes como el potasio. Una carga más rápida tiene especial interés para los vehículos eléctricos, cuyo uso se ve limitado por el tiempo de recarga. Sin embargo, los sistemas de carga rápida tienen el inconveniente de que el litio tiende más fácilmente a quedar inmovilizado en el ánodo de grafito, lo que a su vez degrada este electrodo. Todo ello resulta en una pérdida de función de la batería.
Ir en contra de la degradación
Este deterioro progresivo es otro de los principales problemas de las baterías actuales de ion litio. La carga tan repetida que hacemos de ellas, especialmente en los teléfonos móviles, provoca una rápida degradación y una pérdida de parte de su efectividad tras alrededor de un año de uso. La vida útil de las baterías es de aproximadamente 1.000 ciclos completos de carga y descarga, y de momento no se ha encontrado ninguna posibilidad de extenderlo. Los científicos estudian métodos y estructuras de nuevas baterías para alargar la vida útil facilitando la carga rápida y evitando al mismo tiempo la deposición del litio en el ánodo. También exploran nuevas posibles vías como la sustitución de las baterías por supercondensadores flexibles o en forma de cables que prometen una carga completa en segundos y una vida útil de 30.000 ciclos de carga y descarga, y que ocuparían mucho menos espacio que las baterías actuales.
Por otra parte, las nuevas propuestas incluyen distintas soluciones para usos diferentes. Un ejemplo son las baterías de flujo que almacenan la energía en tanques externos de líquido, y que podrían durar más de una década sin degradarse. Una batería de este tipo desarrollada en la Universidad de Harvard emplea moléculas orgánicas disueltas en agua con pH neutro, una formulación tan estable que las baterías, además, son considerablemente más seguras, ya que esta disolución no contiene elementos corrosivos o tóxicos. Este tipo de baterías es adecuado para almacenar la energía producida por las centrales solares o eólicas, pero también podrían adaptarse para su uso en los hogares.
Estas baterías podrían ayudar a mitigar otro de los problemas de las actuales: su impacto ecológico. Además de utilizar compuestos tóxicos y corrosivos, las baterías de ion litio tienen un coste ambiental tan elevado —principalmente por la minería de los metales y tierras raras empleados en su producción— que fabricar un vehículo eléctrico tiene una huella de contaminación y emisiones mayor que otro convencional. Sin embargo, esto se compensa después a lo largo de su vida útil.
Pero en el camino hacia esas baterías más ecológicas, una tendencia actual explora las baterías de estado sólido, que sustituyen el electrolito líquido o en gel por otro sólido, logrando un mayor almacenamiento de energía con una vida más larga y una mayor seguridad con menos toxicidad, si bien su contrapartida es su carga más lenta. Actualmente esta tecnología se está aplicando a las baterías de ion litio y ya se apunta a un uso comercial en automóviles, aunque por el momento su precio es elevado.
En definitiva, son muchas y variadas las vías que hoy se están abriendo hacia la consecución de nuevas baterías más capaces, rápidas, seguras y sostenibles, recurriendo a materiales alternativos como el manganeso, el sodio, el silicio o el vanadio, prescindiendo de otros cada vez más caros y escasos como el cobalto —presente en las de ion litio—, y aplicando diseños basados en nanotecnología. Por el momento la inmensa mayoría de estas propuestas se encuentran en fase de investigación, desarrollo o uso experimental, y aún no se atisba un claro vencedor que prometa dejar obsoletas nuestras viejas y familiares baterías de ion litio. Es previsible que aún dependamos de ellas en el futuro próximo. Pero dado que los expertos alertan de una previsible carestía de litio en solo unos años, las baterías del futuro deberán cargarse las pilas para saltar rápidamente de los laboratorios a nuestros dispositivos.
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