POR:Lariza Montero
Las baterías evolucionan: han mejorado su apariencia, potencia y durabilidad. Actualmente, los científicos trabajan para reinventarla, crear nuevos materiales y tecnologías que nos sorprendan y lleven, incluso literalmente, a ver artefactos que hace sólo 20 años parecían de ciencia ficción.

Estados Unidos (donde nació y evolucionó la batería de ion-litio de uso masivo actualmente) es punta de lanza en la actividad científica en busca de las baterías que dominarán los mercados del futuro. En 2012, este país puso en funcionamiento, por instrucciones del Departamento de Energía, un proyecto en el que participan universidades, empresas privadas y el gobierno federal, con el objetivo de desarrollar un sistema de almacenamiento que mejore el de ion-litio.

El Joint Center for Energy Storage Research Project tiene una misión llamada 5-5-5, es decir, crear una batería cinco veces más potente, cinco veces más barata y diseñada en cinco años. Con una inversión de 120 millones de dólares, los resultados podrán aplicarse en tres ámbitos: nuevas baterías para redes de energía, para transporte público y para dispositivos electrónicos.

Nace Battery Bay

Aunque países como Alemania, China, Japón e India llevan a cabo importantes iniciativas de investigación y desarrollo para crear superbaterías, la más sólida parece ser el clúster llamado coloquialmente “Battery Bay”, en contraposición al Silicon Valley, formado por: Northwestern University, University of Chicago, University of Illinois-Chicago, University of Illinois-Urbana Champaign, University of Michigan y las empresas: Dow Chemical Company, Applied Materials, Johnson Controls y the Clean Energy Trust.

El científico Venkat Srinivasan, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que participa en este proyecto, propone que, para un mejor futuro en el desarrollo y perfeccionamiento de superbaterías y otros sistemas de almacenamiento, se deben desarrollar nuevos materiales y racionalizar el tiempo entre los procesos de laboratorio y la comercialización de los prototipos.

Srinivasan también plantea mejorar la captación y almacenamiento de energía solar y eólica para crear baterías de autos y desarrollar baterías de flujo y metal líquido con sustancias químicas y metales fundidos que generen energía.

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George Crabtree, Director del Joint Center for Energy Storage Research. Foto: Archivo JCESR

Otro destacado participante del proyecto es George Crabtree, científico del Laboratorio Nacional Argonne (en EEUU), quien considera que seguir enfocados en la tecnología del ion-litio limita la investigación de materiales y tecnologías inexplorados. Él prefiere cambiar el litio, material que ofrece una sola carga que oscila entre el electrón positivo (cátodo) y el negativo (ánodo), por el magnesio, que ofrece dos cargas, o por aluminio, que cede tres. Con esto aumentarían la energía, la carga y el voltaje. Otra propuesta es reemplazar el proceso de intercalación (de las baterías de litio) con una nueva reacción química que podría involucrar litio y oxígeno. Crabtree considera viable usar materiales orgánicos para almacenamiento de energía y diseñar reacciones a nivel atómico y molecular para crear una súper pila.

“…seguir enfocados en la tecnología del ion-litio limita la investigación de materiales y tecnologías inexplorados”.

Con la mira en el futuro

Si bien el Joint Center for Energy Storage Research Project es la plataforma actual más ambiciosa en cuanto a la obtención de una superbatería a corto plazo, hay otras iniciativas en marcha que conducen a resultados prometedores. El profesor de Ingeniería Eléctrica Joel E. Schindall, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), propone utilizar la nanotecnología para transformar “tecnologías descartadas” en “tecnologías de elección”.

Junto con su colega John Kassakian, trabaja en el Laboratorio de Sistemas Electromagnéticos y Electrónicos para crear una batería sintética a partir de un ultracondensador (dispositivo de almacenamiento que existe desde 1960 y genera ráfagas de energía) para desarrollar un dispositivo que almacene la misma cantidad de energía que una batería de autos convencional, pero que se recargue en segundos, dure indefinidamente y no se afecte su rendimiento a temperaturas extremas. Schindall pretende, a futuro, utilizar energías como la solar y la eólica, y extender el uso de su batería a teléfonos, computadoras y otros sistemas. Este proyecto, financiado por la subvención de la alianza Ford-MIT, tiene como meta que su producto esté disponible en una decena de años.

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Baterías flexibles y novedosas

Se trata de una batería impresa en capas, flexible y recargable. La produce la empresa Imprint Energy, a cargo de Christine Ho, quien la llama “Megatron”. Mediante electroquímica, zinc (material no tóxico ni volátil) y un proceso “escalable” basado en la impresión, obtiene una batería ultra fina de alta densidad energética.

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Hoja de batería flexible. Foto: Imprint Energy

Ho asegura que, en el futuro, los consumidores y las empresas necesitarán tecnología delgada y maleable para los dispositivos usables (wearable tech), por ejemplo, smartphones que se usan en la muñeca. Megatron tiene una enorme ventaja sobre las baterías de ion-litio, ya que éstas no tienen buen desempeño si son ultradelgadas.

IBM trabaja en una batería que se alimenta de… ¡aire! En el IBM’s Almaden Research Center, el investigador Bryan McCloskey tiene a su cargo la creación de una batería de litio-aire y experimenta con oxígeno para crear nuevas reacciones químicas. El diseño de su batería tiene dos tubos exteriores e intenta que, por uno de ellos, el dispositivo se alimente con aire del ambiente para que sea pequeño, ligero y potente. Podría estar lista en 2025.

Tesla no se quedará atrás en esta carrera. Por ello, recientemente salió al mercado una superbatería: la Powerball. Es un sistema de almacenamiento (de ion litio) para el hogar, empresa o servicio público, capaz de almacenar energía y suministrarla a casas o edificios, autos o dispositivos electrónicos. Se puede colgar de la pared y alimentarse con diversos tipos de energías, principalmente solar.

Almacenamiento por las nubes

Un proyecto, ya en funcionamiento y que llama poderosamente la atención en el mundo de la aeronáutica y el almacenamiento de energía es Solar Impulse 2, un avión impulsado sólo por celdas solares. Bertrand Piccard y Andre Borschberg, los creadores y sus primeros pilotos, han diseñado, junto con su equipo, el primer avión de resistencia perpetua capaz de volar día y noche sin reabastecerse de combustible. Les tomó 12 años crearlo y, con ello, revolucionar para siempre nuestra forma de volar. Con Solar Impulse 2 inicia una nueva era en la transportación sustentable.

Solar Impulso 2 volando sobre Abu Dhabi

Solar Impulso 2 volando sobre Abu Dhabi

El Solar Impulse 2 usa 17,248 celdas solares que colectan 260Kw/h de energía solar al día, hechas de silicio monocristalino (de 135 micrones de grosor: el grosor de un cabello) colocadas en las alas y el fuselaje. La energía recolectada se almacena en baterías de polímero-litio aisladas con espuma de alta densidad y montadas en cuatro motores eléctricos, con un sistema para controlar la carga y la temperatura. Pueden recolectar luz solar, almacenarla y utilizarla en vuelos nocturnos. El reto es lograr que las baterías no ocupen la cuarta parte del peso total de la aeronave.

Otros desarrollos que marcan tendencia en almacenamiento de energía incluyen el prototipo de una batería del tamaño de una moneda, hecha de una combinación de litio, azufre y óxido de grafeno. La pila almacena entre dos y cinco veces más energía que las convencionales. La creó el químico Elton Cairns en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

En el Departamento de Energía del Laboratorio Nacional Oak Ridge, Tennessee, el investigador Chengdu Liang sustituyó un electrolito líquido por azufre para crear un electrolito sólido. Su pila tiene una densidad cuatro veces mayor que la actual de ion-litio.

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