La Ley de Moore nos malacostumbró a esperar que la capacidad de un
microprocesador se duplique cada 18 meses e incluso hemos visto que se
aplica de forma similar a la capacidad de almacenamiento e incluso al
ancho de banda. Cada vez tenemos productos electrónicos más rápidos, más
pequeños y con más
memoria. Sin
embargo las baterías que utilizan estos productos están basadas en una
tecnología con más de 20 años de antigüedad y sus mejoras han avanzado a
un ritmo glacial. Pero hay signos esperanzadores que eso está pronto a
cambiar.
Para empezar, el problema de las baterías tiene más de una arista.
Primero tenemos el problema de la capacidad: Queremos baterías que sean
capaces de almacenar más energía en el mismo espacio y ojalá en tamaños
cada vez más pequeños, en otras palabras, queremos más vatios-hora por
kilogramo (Wh/kg). También queremos que lleguen a su carga máxima en el
menor tiempo posible. Luego queremos que las baterías sean cada vez más
baratas para que, por ejemplo, los autos eléctricos o híbridos puedan
costar lo mismo o menos que los autos a gasolina. Adicionalmente todas
las baterías tienen una vida útil limitada ya que con cada ciclo de
carga/
descarga van perdiendo
capacidad. Y finalmente tenemos los problemas térmicos donde las
baterías se calientan con el uso, hasta incluso generar problemas de
seguridad con baterías entrando en combustión. Lo que necesitamos hoy
son baterías baratas,
seguras,
que se carguen a su capacidad máxima en pocos minutos, que aguanten
miles de ciclos de carga y con una densidad que permita acumular mucha
energía en el menor espacio posible.
La baterías de hoy
Las baterías más populares y avanzadas que encontramos hoy en nuestros
artefactos son las baterías de Litio-Ion Polímero — algo que tiene muy
contento a
Argentina, Bolivia y
Chile, ya que estos 3 países concentran en sus salares el 90% de las
reservas mundiales de litio. Estas las podemos encontrar hoy en nuestros
dispositivos electrónicos, autos eléctricos y hasta en el sistema de
suministro eléctrico. Sin embargo las baterías de Li-Ion se empezaron a
comercializar en 1991, por lo que llevamos usando prácticamente la misma
tecnología hace más de dos décadas y sobre la cual todos podemos
concordar que necesita una actualización de forma urgente.
Estas baterías que utilizamos hoy tienen una vida útil de 400 a 1200
ciclos de carga, y una capacidad de 100 a 250 Wh/kg. Finalmente tienen
el problema de la velocidad de carga donde, por ejemplo, para un iPod en
las primeras 2 horas cargas el 80% de capacidad y luego se demora 2
horas más en
cargar el 20% restante.
Un problema acentuado especialmente cuando se aplica en automóviles
eléctricos. El año pasado estuve manejando durante un par de semanas un
Mitsubishi iMiEV y aunque la ruta que recorro diariamente no son más de
15 Kms, debía estar recargando su batería de Li-Ion cada 3 días. En el
punto de recarga podía recargar el 50% de la capacidad en 15 minutos y
luego debía pasar a un ciclo de carga mucho más lento que duraba hasta 8
horas ya que podía “degradar considerablemente” la capacidad de la
batería, acortando rápidamente su vida útil, si continuaba con la carga
rápida. Difícil va a ser convencer al mundo de cambiarse a autos
eléctricos mientras las baterías carguen tan lento, sean tan
caras y más encima deban ser reemplazadas a los pocos años.
Las baterías de mañana
Las desventajas de la tecnología actual están claras, así que empecemos a
ver que esperanza hay en el futuro. Hay cuatro tecnologías que se ven
promisorias: Litio-Ion Silicio, Litio-Ion 3D, Litio-aire y Zinc-aire.
Litio-Ion Silicio
Varios investigadores incluyendo el equipo del Dr. Yi Cui en la
Universidad
de Stanford han anunciado avances en reemplazar el ánodo en una batería
de Li-Ion por uno cubierto en nanohilos de silicio en vez del grafito
(carbono) utilizado hoy. El resultado son baterías de Li-Ion con una
capacidad específica 10 veces superior a las baterías actuales.
Tradicionalmente el problema de los ánodos de silicio era que durante la
carga estos podían aumentar hasta 4 veces su tamaño, para luego volver a
su dimensión original durante
la descarga.
Esto significa que después de pocos ciclos de carga el ánodo quedaba
destruido resultando en una vida útil muy corta para la batería. Sin
embargo los últimos avances en nanotubos de silicio de doble capa dan
esperanza que finalmente este obstáculo haya sido superado con
demostraciones de laboratorio sobre los 6.000 ciclos de carga, superando
considerablemente la vida útil de las baterías actuales. Esto nos daría
baterías con una capacidad 10 veces superior utilizando el mismo
espacio, y una vida útil 6 a 12 veces superior a las actuales.
Litio-Ion 3D
La compañía Prieto Battery y su fundadora la Dra. Amy Prieto (sin
relación), están trabajando en otra forma de reemplazar el ánodo de
grafito en una batería Li-Ion con algo más eficiente. En su caso lo
están reemplazado con ánodos de nanohilo de cobre. El resultado según
ellos son baterías que funcionan en “3 dimensiones”, permitiendo un
movimiento de los iones mucho más rápido, con uno de los beneficios
siendo poder cargar al 100% la batería de un iPhone en 5 minutos con una
fuente de electricidad de 240 volts. A esto hay que sumarle el
beneficio de baterías más seguras y una vida útil teórica de más de 5.000 ciclos de carga.
Litio-Aire
Tanto IBM como PolyPlus, entre otros, están investigando las baterías de
Litio-aire dónde utilizan el oxígeno atmosférico para modificar la
estructura tradicional del cátodo. Esto resulta en baterías con una
capacidad específica 10 veces superior a las actuales (lo que vendría
siendo similar a la densidad energética de la gasolina en un auto),
considerablemente más baratas y adicionalmente con un peso muy reducido.
Apuntando principalmente al sector automotriz, prometen una autonomía
sobre los 800 Km con una configuración similar a los autos eléctricos
actuales. Sin embargo todavía queda el desafío de aumentar la vida útil
de la batería y resolver los problemas de los contaminantes y humedad
presentes en el oxigeno atmosférico, para lo cual ya existen varias
soluciones teóricas con las cuales están experimentando.
Zinc-Aire
Similar a las baterías de Litio-aire, las baterías de Zinc-aire
recargables han sido largamente sólo una promesa. Pero finalmente
empresas como EOS Energy Storage en EEUU y ReVolt en Suiza prometen
haber superado, al menos en el laboratorio, sus principales deficiencias
incluyendo recargarlas de forma eficiente. La promesa son baterías
mucho más baratas, seguras y con una vida útil superior a los 10.000
ciclos de carga (al menos en el caso de EOS). Su intención es resolver
problemas de almacenamiento de energía en el sistema de suministro
eléctrico, permitiendo capturar la energía intermitente que se obtiene
de turbinas eólicas y
paneles solares,
eliminando el principal problema que declaran los detractores de estas
energías renovables. Aunque ReVolt promete haber descubierto la forma de
utilizar estas baterías también en automóviles y dispositivos
electrónicos.
Sin importar cual de estas cuatro tecnologías salga finalmente del
laboratorio a un uso real, los avances se ven promisorios. Los expertos
concuerdan que el último desafío por superar es la manufactura a escala
masiva de estas tecnologías. Al menos gobiernos e inversionistas
privados están aportando grandes montos a que finalmente demos un gran
salto en la evolución de las baterías. Lo mejor de todo es que varias de
estas empresas proyectan tener estas soluciones en el mercado en un
plazo que varía entre 2013 y 2015. A cruzar los dedos.
Fuente
