NeoFronteras

Baterías 100 veces más rápidas

Área: Tecnología — jueves, 12 de marzo de 2009

Una modificación de la tecnología actual de baterías de ion litio permite hacer que se carguen y descarguen cien veces más rápidamente.

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¿Qué le parecería poder recargar su teléfono celular en 10 segundos? ¿Y su coche eléctrico en 5 minutos en lugar de en 8 horas? Gracias a un nuevo avance tecnológico esto quizás sea posible muy pronto.
En teoría un automóvil eléctrico parece una buena cosa. No contamina la ciudad, es muy eficiente y puede incluso alimentarse de electricidad producida por fuentes alternativas de energía. Pero las baterías son caras, pesadas y necesitan mucho tiempo para recargarse. Hacer un viaje largo en uno de estos vehículos y parar a repostar unas horitas es algo que parece muy poco atractivo. Incluso si sólo se utiliza uno de estos coches para desplazarse al lugar de trabajo no es útil si uno no tiene garaje o enchufe disponible, aunque el trabajo esté a pocos kilómetros.
Sin embargo, la tecnología en baterías ha ido mejorando en los últimos años, sobre todo gracias al tirón económico de los dispositivos electrónicos móviles, como puedan ser teléfonos celulares, reproductores mp3 u ordenadores portátiles. La tecnología de las baterías de litio se desarrolló precisamente para este menester.
Las baterías de litio son buenas, pequeñas, ligeras, pueden cargarse y descargarse muchas veces y pueden almacenar una gran cantidad de energía. Son ideales para esos dispositivos electrónicos. Incluso se han utilizado para automóviles eléctricos de lujo como el Tesla (con un precio de unos 100.000 dólares). Auto deportivo que contiene 6.831 celdas individuales de este tipo. Sin embargo, la aceleración de este coche y otros similares no es tan buena como cabría esperar porque las baterías no pueden proporcionar altas cargas de corriente eléctrica de manera súbita, aunque el motor (eléctrico) las admite perfectamente.
Ahora un grupo de investigadores ha mejorado las prestaciones de las baterías de litio de tal modo que el prototipo de batería obtenido se carga y descarga 100 veces más rápido que las habituales. Esto no sólo permite una recarga rápida, sino además un potencia muy alta en caso de que sea necesario.
Byoungwoo Kang y Gerbrand Ceder, del MIT, informan en Nature esta semana sobre este nuevo tipo de baterías, y que están basadas en el compuesto de litio, hierro y fósforo (LiFePO4) ya empleado en baterías de ion litio tradicionales, pero que con unas modificaciones consiguen aumentar la velocidad de carga y descarga muchísimo.
Las baterías de iones de litio son dispositivos en los que los iones de litio se tienen que mover entre los electrodos.
La batería genera la corriente cuando estos iones fluyen del medio de almacenamiento (ánodo), a través de un electrolito, hacia el cátodo, que está compuesto por bolitas de 50 nanometros de grosor de fosfato de hierro litio. Cuando más rápido absorba el cátodo los iones mejor. Para recargarla el proceso es el inverso y al aplicar una corriente eléctrica se consigue mover los iones del cátodo al ánodo de almacenamiento a través del electrolito. Cuando más rápido libere el cátodo los iones mejor.
La velocidad a la que la batería se carga está limitada por lo rápido que los iones se muevan. En el caso de las baterías habituales de ion de litio la velocidad a la que se mueven los iones en el cátodo de fosfato de hierro litio suele ser lenta debido a la propia estructura cristalina del material. Después unos cálculos los investigadores descubrieron que lo podría hacer más rápido.
La idea consiste en recubrir las bolitas de fosfato de hierro litio con un conductor de iones mejor: un amorfo o vidrio (sin estructura cristalina) de fosfato de litio que es un excelente conductor de iones. Los iones de litio pueden de este modo viajar mucho más rápidamente desde y hacia el medio de almacenamiento. El prototipo que han creado se carga completamente en 10 segundos.
Este resultado ha impresionado a los expertos del campo y las aplicaciones comerciales son obviamente claras. Hay dos compañías que ya han solicitado la licencia de fabricación, pero no se sabe el precio final del producto. Se espera, de todos modos, que el precio final sea similar a las baterías ya existentes. la asimilación de la mejora será muy rápida porque está basada en una tecnología ya comercializada.
Para su uso en automóviles se necesitarán más cosas. Si se quiere cargar las baterías muy rápido es necesario que la red permita esta carga tan rápida y eso quiere decir que sea capaz de suministrar un potencia tremenda que en las casas particulares de cada uno no está disponible (ni contratada con la compañía eléctrica). Las estaciones de servicio que quisieran proporcionar recargas lo podrían hacer de manera efectiva (en 5 minutos) pero también necesitarían de potencia extra.
No se descarta encontrar nuevos materiales y mejoras en este tipo de tecnología.

Fuentes y referencias:
Noticia en Scientific American.
Noticia en Nature.
Nota de prensa del MIT.
Podcast con entrevista (mp3 en inglés).
Ilustración cabecera: material utilizado en la batería. Foto: Donna Coveney.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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5 Comentarios

  1. tomás:

    Esto será muy interesante. Sólo me preocupa, como ya comenté sobre un artículo anterior, que la energía eléctrica necesaria se obtenga quemando combustibles fósiles. Me respondió Neo que esta es posible obtenerla por transformación de energías limpias, lo que es bien cierto. Pero también quemando carbón. Este pesimismo me viene de haber puesto tanta esperanza en los biocombustibles que podrían lograrse en terrenos baldíos, pero se obtienen sustituyendo las tierras antes dedicadas a otros cultivos o destruyendo selva, es decir, de las formas más perjudiciales. Y aseguro que no soy pesimista por naturaleza.

  2. NeoFronteras:

    En el primer mundo no se quemará carbón por la mala prensa que tiene (con razón). Pero en países emergentes como China e India se seguirá haciendo.
    Hoy sale en la prensa para 2050 habrá 9000 millones se seres humanos en el mundo según datos de la ONU.
    La situación se parece cada vez más al argumento de una película de CiFi apocalíptica en la que un gobierno loco diseña un virus para eliminar a gran parte de la población. Lo peor es que a este paso en lugar de apoyar a los “buenos” vamos a terminar apoyando a los “malos” de la película.

  3. JOrge:

    La población disminuirá de una forma o de otra; guerra, epidemia o corte de la producción de alimentos se ven en el futuro. Supongo que será necesaria una catástrofe global para aumentar la cooperación y coordinación para enfrentar estos problemas.
    El salto tecnológico a una economía no basada en el petroleo se siente cerca aunque no se haya dado. Si no, el petroleo se acabará, de todos modos. La creación de fotoceldas eficientes y baratas junto con baterías mejoradas parece ser el camino.

  4. jose:

    Excelente artículo, hace un año me desperté soñando con motores basados en nanotubos de carbono, activados como músculos que fueran capaces de generar mucha energía en un medio que no liberara mucha energía calórica. Algo así como capas de celdas de nanotubos que se estimularan con luz y no con electricidad para generar energía de movimiento. Tal vez no vaya por ahí la tecnología, pero según mi sueño iba a ser más fácil de generar.
    Me gustaría saber si esas tecnologías siguen el mismo camino de estas baterías.

  5. Jose M. Pineiro:

    Ciertamente las baterías de Litio tienen un problema en el tiempo de carga, que normalmente oscila entre 1 y 2 horas (lo de 8 horas es para baterías de plomo).
    La baterías NiCd si se podían cargar sumamente rápido, pero difícilmente por debajo de 15 minutos. Y ese límite no es por la batería, es por el calor.
    El proceso de carga de una batería tiene una eficacia de un 80-90%. La energía no aprovecha se transforma, como de costumbre, en calor.
    Por tanto, por muy rápido que se muevan los iones, creo que no es posible cargar una batería en 10 segundos. Hagan cálculos y verán que eso elevaría su temperatura unos 40ºC, cosa que a la batería no puede sentarle nada bien.

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