Tecnologías de baterías que van a cambiar el mundo

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

Todas estas aplicaciones de gran tecnología están esperando una mejor tecnología de batería. La tecnología de baterías ha crecido más lentamente que otras tecnologías (como la velocidad del procesador y el almacenamiento de la computadora), y ahora es el polo de la carpa larga en un número asombroso de industrias. Hay buenas razones para creer que estamos llegando a algunos límites fundamentales de 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 sirven para hacer que los automóviles eléctricos sean prácticos, desata los dispositivos móviles de la ansiedad de carga, y permiten clases completamente nuevas de dispositivos portátiles livianos y de larga duración. Así es como lo van a hacer:

3. Baterías de doble carbono

Además de no ser tan densos en energía como nos gustaría, existen otras limitaciones serias a la tecnología existente de baterías de iones de litio, 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 son más seguras que la gasolina, se calientan durante el funcionamiento (especialmente las baterías de alto rendimiento como las que se utilizan en los vehículos eléctricos). Si la disipación de calor no se maneja adecuadamente, la reacción desenfrenada 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 ion de litio ya habrán perdido aproximadamente el 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 empresa llamada “Power Japan Plus” Piensa que tiene una solución, en forma de un “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) por carbono plano, que es bastante inerte. El resultado es una batería que no almacena mucho 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 la operación y son mucho menos propensas a incendiarse. También se degradan mucho más lentamente (son buenos para unos tres mil ciclos). Debido a que el carbono está disponible y es químicamente inocuo, también es barato, relativamente no tóxico y reciclable.

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, confiamos en que somos una solución importante para la industria actual de vehículos eléctricos.”

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

2. Baterías de litio-aire.

Otro método para aumentar la densidad de las baterías es modificar la química para que la reacción de generación de energía extraiga el oxígeno de la atmósfera exterior (y produzca oxígeno mientras se recarga), como en el caso de las baterías de litio-aire. Esta tecnología está siendo perseguida por IBM, entre otros, 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 los autos eléctricos que pueden viajar por miles de millas en una carga. Los prototipos existentes superaron a las células de iones de litio actuales por un factor de doble. Estas densidades se acercan al límite teórico de lo que se puede lograr con una batería química.

Esta tecnología de baterías está bastante alejada (IBM estima entre 5 y 15 años), pero en muchos aspectos representa el santo grial de las baterías químicas: la mejor densidad posible para un peso determinado. Las baterías de litio-aire recargables pueden competir con la gasolina por la densidad de energía, algo inaudito en la tecnología de baterías convencionales. La página de IBM para su proyecto de investigación lo describe así:

En la actualidad, los automóviles eléctricos normalmente pueden viajar solo unas 100 millas con la tecnología de batería actual, llamada litio-ion (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 de las baterías de litio-aire..

1. Ultracapacitores De Grafeno

Otro enfoque más especulativo para mejorar el rendimiento de la batería es abandonar por completo la parte de la idea de la "batería". Una alternativa a la tecnología de baterías 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 descargando su cuerpo en un picaporte).

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

Estos 'ultracapacitores' no se degradarían en cada ciclo de carga y serían capaces de cargarse en segundos. Los prototipos existentes no muestran una 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.

A corto plazo, algunos expertos informan que Tesla está desarrollando un ultracapacitador de grafeno que podría cargar 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, creo que es muy probable que no sean baterías, sino supercondensadores..”

Es probable que todas estas tecnologías desempeñen un papel a corto y largo plazo, ya 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 durante las próximas décadas..

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

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