Te has preguntado alguna vez, ¿cómo ha sido pensada la batería del futuro? Realmente en los tiempos actuales la energía se ha vuelto una de las mayores preocupaciones del ser humano ya que cada vez somos más dependientes de ella.
Además, nuestras fuentes para generarla se están agotando y nuestro nivel de dependencia a la electricidad ha llegado a niveles tan increíbles que en caso de un colapso energético total la sociedad completa dejaría de funcionar causando graves consecuencias para la humanidad.
La concientización sobre estos riesgos ha llevado a la comunidad científica e innovadora a crear mejores sistemas de almacenamiento de energía no contaminante, duradera y segura.
Tanto la tecnología moderna en este sector como las proyecciones de desarrollo futuro están encaminadas a crear un mundo en el que la energía provenga de fuentes limpias, seguras y renovables. Además, es necesario que pueda ser almacenada sin riesgos.
En este artículo te contaremos sobre los últimos avances tecnológicos en materia de almacenamiento de energía en baterías y cómo esto puede cambiar nuestra dependencia de la red eléctrica.
¿Qué son las baterías?
Todos sabemos que las baterías son objetos para almacenar energía, sin embargo, poco más conocemos sobre estos objetos de los que dependemos tanto.
Estos dispositivos fueron creados para almacenar energía mediante la carga durante un tiempo definido y luego descargarla en otros dispositivos.
Lo general es que sean cargadas mediante electricidad convencional, del sistema eléctrico, como sucede con tu móvil. Sin embargo, es cada vez más común ver baterías que funcionan con combustibles fósiles o plantas fotovoltaicas.
Pueden clasificarse en baterías desechables o recargables. Las primeras sólo proporcionan energía para un ciclo y una vez agotadas deben ser desechadas.
Estas como sabes son cada vez menos populares por el gran impacto negativo que tienen en el medio ambiente debido a la toxicidad de sus componentes.
Las baterías recargables son las que puedes reutilizar varias veces y pueden ser de litio, grafeno, plomo ácido u otros materiales. Estas son las más usadas recientemente, sobre todo las de litio.
¿Cómo funcionan las baterías recargables?
Las baterías recargables son desde hace varios años la mejor alternativa para mantener vivos nuestros equipos electrónicos con la mayor autonomía, durabilidad y funcionalidad posible.
Este tipo de batería está compuesta por celdas. Contiene:
- Ánodo o electrodo negativo.
- Cátodo o electrodo positivo.
- Electrolito o disolvente químico que funciona como conductor de los iones entre los electrodos y suele ser líquido.
- Separador que opera como barrera física entre los electrodos evitando un cortocircuito y permite que los iones fluctúen entre los electrodos.
Estos cuatro componentes son los responsables del proceso completo de carga, almacenamiento y descarga de la energía. Al cargar la batería los iones fluyen del cátodo al ánodo.
Cuando nuestra batería está cargada, los iones fluyen desde el cátodo en dirección al ánodo y cuando se descarga es porque todos los iones han llegado al cátodo.
Ahora bien, ya sabemos que las baterías recargables son por el momento nuestra mejor forma de almacenar energía y conocemos de qué están compuestas y cómo funcionan. Entonces puede que te estés preguntando cuál es la mejor batería recargable en el mercado actual.
¿Cuál es la más potente batería comercial hasta ahora?
Las baterías de iones de Litio o Li-ion son actualmente los dispositivos de almacenamiento de energía recargables más populares del mercado debido a su uso y rendimiento extendido.
Son en un alto porcentaje las que alimentan a nuestros celulares, computadoras portátiles, vehículos eléctricos e incluso alimentan las redes eléctricas de pequeñas ciudades.
Su popularidad radica en las varias ventajas que representa en comparación con otros tipos de baterías.
Por ejemplo, son capaces de almacenar mayor cantidad de energía y su ciclo de carga/descarga es más duradero permitiéndole mayor autonomía.
Pero no solo eso, su capacidad de almacenamiento le permite ser más ligera y su ciclo de vida útil es entre 2 y 10 años superando a otros tipos de batería en el mercado.
Sin embargo, también tienen sus contras llegando a ser, en muchas ocasiones, peligrosas. Las baterías de litio van degradándose con el uso mermando su rendimiento, cosa que habrás notado en la batería de tu móvil, por ejemplo.
También son especialmente sensibles a las altas temperaturas lo que provoca su degradación y en algunos casos extremos genera explosiones.
Todo esto sin mencionar que al acabar su vida útil y ser desechada tiene muchos efectos contaminantes para el medio ambiente.
Por ello, el ser humano está explorando nuevas formas de crear energía sustentable y segura para la cual necesitaremos medios de almacenamiento más sofisticados.
Entonces cabe preguntarse, ¿qué vendrá después de las baterías de litio? ¿Por dónde se está moviendo la invención humana en este mercado?
¿Qué tipo de baterías han sido pensadas para el futuro?
Si bien las baterías de litio son la mejor opción actual y pueden quedarse por mucho tiempo más, también tenemos que admitir que no son perfectas y eventualmente crearemos mejores opciones.
Algunos expertos defienden que seguiremos usando este modelo sobre la base de futuras mejoras en el tipo de materiales empleados en su construcción.
Entre los que defienden esta teoría está el CEO de la empresa de minería y metalurgia Benchmark Minerals, Simon Moores quien opina que efectivamente estamos “en la era de la economía de batería de ion litio”.
Si bien es cierto ya que casi todas las nuevas tecnologías que se fabrican están basadas en este dispositivo de almacenamiento de energía, las baterías de litio siguen teniendo sus imperfecciones peligrosas.
Actualmente científicos e innovadores de la industria tecnológica se centran en el estudio de las baterías para corregir los actuales problemas que presentan las baterías de litio modernas.
Por ejemplo, se investiga para que las baterías del futuro requieran de un menor tiempo de carga, mayor capacidad de ciclos completos, menor sensibilidad a las altas temperaturas y componentes menos dañinos.
Dentro de estas nuevas propuestas tecnológicas están las baterías de:
- Celdas de combustible de hidrógeno
- Estado sólido
- Litio Azufre
- Tecnología de campo izquierdo
Estas son algunas de las alternativas que se están desarrollando actualmente para sustituir a las baterías de litio y podrían revolucionar el futuro de la humanidad al cambiar la forma en la que nos relacionamos con el sistema eléctrico.
A continuación, te hablaremos con más detalles de algunas de ellas.
Baterías de Litio-Azufre
El grupo empresarial multinacional automotriz Stellantis se ha asociado con la empresa Lyten, pionera en el grafeno tridimensional sintonizable con sede en Silicon Valley para apostar por el desarrollo de una batería que reduce la huella de carbono.
Estas baterías no son nuevas, de hecho fueron empleadas en una muestra para el vuelo de avión impulsado por energía solar más largo y alto del mundo en 2008. Sin embargo, son poco conocidas las cosas que quiere cambiar esta asociación.
El acuerdo firmado por ambas empresas persigue hacer comerciales, entre otras aplicaciones de Luyten, las baterías de Litio Azufre que por ahora se proponen sólo para vehículos eléctricos.
Lo que diferencia a esta tecnología es que es libre de níquel, magnesio y cobalto en su composición.
Esto representa una mejora del 60% en la reducción de su huella de carbono en comparación con las baterías que usamos actualmente.
Además, pueden ser producidas de forma local eliminando la dependencia de materias primas importadas de terceros países y evitando los gastos y contaminación consecuentes.
Ante estos detalles, podríamos decir que estamos ante una batería que mejora las condiciones de amigabilidad con el medio ambiente que tenemos con nuestras baterías modernas.
Por si fuera poco, los investigadores han llegado a resolver uno de los mayores problemas que presentaba esta tecnología hasta la fecha: la durabilidad.
Estas baterías eran menos duraderas que las baterías de litio convencionales, sin embargo, los científicos han logrado cambiar los compuestos del cátodo de la batería haciéndola más duradera.
Esto significa que estamos ante baterías más ligeras y potentes en energía sin interrupciones en su cadena de suministro.
Las celdas de combustible de hidrógeno
El hidrógeno como combustible es una de las alternativas que más se están estudiando en la actualidad por sus múltiples beneficios. A la par de este estudio también se exploran nuevas formas para almacenarlo en forma de energía.
Es aquí donde entran las celdas de combustible de hidrógeno.
Explicado de forma muy sencilla esta energía se crea al separar la molécula de agua (H2O) en hidrógeno (H) y oxígeno (O).
En este proceso el oxígeno se libera a la atmósfera mientras que el hidrógeno se almacena y se usa como combustible.
Las baterías de combustible de hidrógeno son muy beneficiosas, por solo mencionar algunas de sus bondades:
- Es abundante. El hidrógeno es el elemento más presente en nuestro universo. Esto nos presenta una fuente casi inagotable de combustible.
- Es silencioso. La creación de energía mediante la química saca del juego a la ruidosa y contaminante combustión disminuyendo notablemente el ruido.
- Generan cero emisiones de carbono. El subproducto de su combustión es calor y agua.
- Mejoran la eficiencia al convertir entre el 60 y el 80% de combustible en energía utilizable en comparación con el poco más de 33% de la gasolina, por ejemplo.
- Puede emplear sistemas de cogeneración de calor y electricidad utilizando no solo el hidrógeno sino también el calor que este genera para producir energía.
Como ves son muchas las bondades de este tipo de baterías, sin embargo, también tienen sus contras. Por ejemplo, para producir este tipo de combustible es necesario usar materiales tóxicos en el proceso.
Además, la energía eléctrica de estos dispositivos debe ser convertida a energía mecánica en el proceso por lo que se pierde parte de ella y con esto su eficiencia.
A esto tenemos que sumarle que el hidrógeno es muy inflamable, aunque su ligereza le hace subir rápidamente a la atmósfera ante cualquier escape haciéndolo más seguro que la gasolina.
Actualmente esta tecnología se utiliza en algunos automóviles, aunque esto se ve limitado por la falta de estaciones de servicio de este combustible.
Por otra parte, la NASA lo ha utilizado en forma líquida para dar vida a algunas de sus naves.
Esta tecnología puede ser usada como alimentación para dispositivos portátiles e incluso pueden dar vida a edificios y pequeñas ciudades.
Las baterías de estado sólido
Una de las mayores preocupaciones que generan las actuales baterías de litio son los accidentes asociados a su sensibilidad al calor.
Son muchos los casos de dispositivos y vehículos incendiados ocasionando en mas de un caso daños graves.
Las baterías de estado sólido buscan precisamente ser más seguras eliminando la necesidad del uso de materiales de gestión térmica y los accidentes explosivos.
Recientemente se analizan las posibilidades de adoptar las baterías de estados sólidos como alternativa futura.
Las baterías de este tipo carecen del electrolito inflamable sustituyéndolo por uno de estado sólido no inflamable.
Además, su rango de temperatura es más amplio disminuyendo el sobrecalentamiento de la célula y el causado por un fallo de calentamiento externo.
Sin embargo, algunas de estas baterías utilizan un componente líquido para el intercambio de iones siendo semisólidas lo que las hace volátiles también.
Aunque es solo un tipo de la inmensa gama de baterías sólidas y los electrolitos en estado sólido son menos inflamables al fundirse si el sistema se sobrecalienta.
La discusión sobre si son más seguras o no está aún en curso, pero su desarrollo indica que pueden resultar más seguras que las que usamos actualmente.
Como ves la ciencia se mueve en sentido de mejorar nuestra autonomía del sistema energético convencional. Puede que en un futuro contemos con vehículos más potentes y mejores dispositivos.
El horizonte insta hacia un mundo basado en energía sustentable, donde las baterías den vida a todo de manera sustentable, sana, segura y amigable con el medio ambiente.