El futuro que nos espera será el del Internet de las Cosas, smartphones y tablets más potentes, wearables y coches eléctricos. Para que sean viables deben venir acompañados de baterías recargables más eficientes. En Stanford cree haber dado con la solución.
Desde hace unos 15 años hemos sido testigos de la rápida penetración a nivel mundial de la telefonía móvil. De los primeros modelos asequibles para todos los bolsillos, voluminosos y con funcionalidades muy básicas, hemos pasado a los smartphones y los miniordenadores con una capacidad superior a los PC de principios de siglo.
No obstante, este incremento exponencial en capacidades no se ha visto acompañado por un respaldo en la duración de la baterías recargables. Durante los últimos años, la batalla entre las diferentes marcas de móviles se centró primero en el número de megapíxeles de las cámaras y posteriormente en la potencia de sus microprocesadores para centrarse en los últimos tiempos en la calidad y tamaño de sus pantallas.
Las baterías son uno de los componentes que menos se ha renovado en los dispositivos móviles
En el blog Think Big os hemos informado regularmente sobre diferentes estudios y avances que se están produciendo para acabar con el problema de la poca capacidad de las baterías recargables actuales. La realidad es que debido a que los potentes smartphones actuales son unos devoradores de batería, los consumidores tienen que estar constamente pendientes y cargándolos como mínimo una vez al día. De aquí viene la popularidad actual por los cargadores externos, que pueden salvarnos ante la falta de enchufes en circunstancias tan comunes como viajes o un día de playa.
Pese a que una batería de mayor duración es una de las demandas más típicas de los usuarios de smartphone, esta no suele ser atendida por los fabricantes, que suelen centrarse como ya hemos dicho en otros aspectos técnicos. Sin embargo, esto podría cambiar gracias a que científicos de la Universidad de Standford acaban de anunciar en la revista Nature Nanotechnology cómo un nuevo diseño basado en un ánodo de puro litio tendría el potencial de incrementar la capacidad actual de las baterías en un 400%.
El problema de las baterías actuales
Las baterías recargables hoy en día son principalmente del tipo Ion-Litio y están compuestas por tres partes principales: un electrolito que proporciona los electrones, un ánodo que los descarga en el aparato dándole la energía necesaria, y el cátodo que recibe los electrones de nuevo en la batería después de haber pasado por el los circuitos eléctricos del aparato.
El problema de este tipo de baterías reside en que aunque el electrólito es de litio, el ánodo está formado por otros materiales como pueden ser grafito o silicio. Esto provoca que la transmisión de electrones entre ambos núcleos sea ineficiente.
Hasta la fecha se ha tratado de conseguir desarrollar baterías recargables con ánodo de litio pero los resultados siempre fueron infructuosos. Cuando las baterías se cargan con un ánodo de puro litio, los iones de litio se expanden,creando una estructura similar a la de los cabellos. Esto puede hacer que las baterías se rajen o que aunque funcionen, la vida útil disminuya hasta un 50% en sólo cien ciclos de carga.
Una solución que mejora la eficiencia en un 99%
Para solventar el problema de las estructuras en forma de cabello, los investigadores de Stanford crearon una batería con ánodo de litio cuyas paredes están revestidas por una capa de carbono de un grosor de 20 nanometros y con forma de nanoesferas. Estas “cúpulas” interconectadas entre sí forman la capa protectora del ánodo de litio y permite a los científicos evitar las deformaciones que hasta ahora se producían en el ánodo. Gracias a este diseño, el equipo de investigadores ha conseguido alcanzar una eficiencia del 99% tras 150 ciclos de carga.
La implicaciones que tiene este nuevo diseño nos hacen pensar en smartphones o laptops con una duración hasta tres veces superior. O los futuros wearablesminiaturizados al máximo gracias a una mayor autonomía en menos espacio. Incluso podría suponer el espaldarazo definitivo al coche eléctrico ya que al incrementar la duración de la baterías recargables por tres, eliminaría definitivamente uno de los principales hándicaps que tiene para muchos potenciales compradores.
Una meta aún por alcanzar
Aunque se ha logrado una eficiencia del 99%, aún hay que seguir trabajando para mejorar este ratio hasta llegar al 99,9% que permitiría a esta batería con ánodo de litio ser comercialmente viables. Como indica Steven Chu, exsecretario de Energía de Estados Unidos y ganador del premio Nobel que participa en las investigaciones, “aunque no estamos dentro del umbral del 99,9%, al que debemos llegar, estamos cerca y es una mejora significativa respecto a cualquier diseño previo”. Añade que “con algunos desarrollos adicionales y nuevos electrolitos, estamos convencidos de que podremos conseguir un ánodo estable de litio que pueda impulsar la próxima generación de baterías recargables”.
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