¿Cuánta energía puede almacenar una batería?
«No hay una respuesta absoluta, depende de los materiales que se usen —explica Palacín—. Sin embargo, no es posible aumentar hasta el infinito la energía almacenable en una batería, existen limitaciones físicas». Palacín afirma que no hay estándares establecidos sobre cómo calcular el contenido máximo teórico de energía de una batería, que depende de multitud de factores implicados. La limitación más obvia viene dada por la química involucrada. Normalmente, las baterías están hechas de dos materiales dispares conectados mediante un medio electrolítico. A medida que los electrones fluyen de un extremo del circuito al otro, los iones viajan a través del electrolito en dirección contraria, lo que permite que el proceso continúe. En los años noventa del siglo pasado, muchos dispositivos electrónicos de consumo se basaban en baterías de níquel-cadmio. A continuación, el cadmio, tóxico, fue sustituido por aleaciones para crear baterías de níquel-hidruro, que ofrecían una mejor densidad energética. En la actualidad, los teléfonos inteligentes y otros dispositivos portátiles suelen utilizar litio en sus baterías, que pueden almacenar incluso más energía en el mismo volumen. La cantidad de energía que puede introducirse en una batería también depende del diseño físico de la propia batería, que viene dado por la aplicación deseada. Y hablando de aplicaciones deseadas, ¿qué nos impide hacer una batería para teléfonos que dure una semana? «Podríamos hacerla con la primera generación de teléfonos móviles, que tenían pantallas muy pequeñas y en blanco y negro», recuerda Palacín. No obstante, los teléfonos inteligentes modernos se enfrentan a una infinidad de desafíos, como unas pantallas a color, grandes y sedientas de energía, unos compartimentos pequeños para las baterías y la necesidad de estar conectados a internet constantemente. De este modo, a pesar de ser más grandes y tecnológicamente más avanzadas, las baterías de los teléfonos modernos duran una fracción de segundo. «Siempre hay una contrapartida, el rendimiento de las baterías de iones de litio ha mejorado, pero los dispositivos siempre necesitan más energía», explica Palacín.
Energía futura
Palacín, profesora de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (España), está trabajando en una nueva generación de baterías basadas en el calcio. «Uno de los problemas del litio-metal es que los ciclos de carga repetida conducen al crecimiento de dendritas, protrusiones pequeñas, en el electrodo negativo. En última instancia, esto puede crear un circuito corto y hacer que la batería explote». Por ello, las baterías de litio más comunes utilizan un electrodo de grafito, lo que reduce su densidad energética. Sustituir el litio por calcio podría solucionar este problema, así como ofrecer mayores densidades energéticas, ya que podrían utilizarse electrodos metálicos. Cada ion de calcio transportado a través de la batería también mueve dos electrones, mientras que los iones de litio mueven solo uno. Por último, las baterías de calcio utilizan un metal que es más barato y mucho más abundante que el litio. ¿Hay algo que pueda destronar al litio cuando se trata de energía portátil? El sodio es químicamente similar al litio, por lo que los conocimientos adquiridos de la tecnología de iones de litio pueden aplicarse a él, y además también es muy abundante. «Pero no hay ningún metal tan bueno como el litio —añade Palacín—. Podríamos imaginar una batería de flúor-litio, ya que el flúor es muy reactivo. Podemos especular sobre la capacidad energética que tendría, pero el flúor es gaseoso y corrosivo, así que ¿cómo funcionaría exactamente?». Introducir todavía más julios en cada kilogramo de batería probablemente significará una revolución tecnológica, concretamente un cambio a las baterías de «estado sólido», que no tienen un electrolito líquido y en las que quizá podría utilizarse litio-metal como electrodo. Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo y, en la actualidad, solo existen como prototipos. «Como pueden imaginar, mover iones a través de un sólido no es tan fácil como por un líquido», comenta Palacín. Con todo, las baterías de estado sólido ofrecerán un abanico de beneficios, como densidades energéticas muy superiores y muchas menos posibilidades de que salgan ardiendo. Incluso podrían mantener nuestros teléfonos inteligentes en funcionamiento hasta el final del día. Haga clic aquí para obtener más información sobre la investigación de M. Rosa Palacín: Fabricación de una batería mejor.
Palabras clave
Preguntar, experto, UE, investigación, batería, calcio, litio, ion, teléfono inteligente, energía
