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Baterías más seguras y duraderas
Si bien las retiradas masivas recientes han puesto de relieve las preocupaciones de seguridad de las baterías de iones de litio, las tecnologías de baterías de hoy en día tienen una serie de debilidades. Si están dañadas, sobrecargadas o sobrecalentadas, las baterías pueden explotar (consulte Baterías de iones de litio más seguras). Pero también pierden energía y pierden potencia y longevidad si se usan en temperaturas extremas, por ejemplo, en un día de invierno en Iowa o en una ola de calor en Arizona.
Las baterías de película delgada de larga duración podrían alimentar implantes médicos y sensores remotos durante décadas y, eventualmente, usarse en vehículos eléctricos.
Pronto estará disponible comercialmente un nuevo tipo de batería recargable que supera estos problemas. Pero a un costo.
Estas nuevas baterías reemplazan el electrolito líquido o en gel con capas delgadas de materiales sólidos similares al vidrio o polímeros, que son más estables. Nada puede filtrarse, nada puede congelarse, nada puede hervir, romperse o explotar, dice Tim Bradow, vicepresidente de desarrollo comercial de Infinite Power Solutions de Golden, CO, un desarrollador líder de baterías de película delgada.
En una batería, el electrolito permite que los iones positivos se muevan de un electrodo a otro, mientras que obliga a los electrones a viajar a través de un circuito externo, proporcionando energía. La compañía de Bradow y algunas otras están usando un electrolito vítreo sólido, que depositan como una de una serie de capas planas que componen la batería.
Además de ser más seguro, este material sólido permite a los desarrolladores utilizar electrodos de metal de litio puro, que tiene el potencial de aumentar significativamente la capacidad de almacenamiento. Las baterías pueden sobrevivir a extremos de frío y calor, lo que significa, por ejemplo, que podrían integrarse en neumáticos de goma para alimentar sensores de presión de aire, dice John Bates, director técnico de Oak Ridge Micro-Energy en Tennessee.
Las celdas de película delgada también se pueden almacenar durante décadas y retener casi toda su carga, dicen los desarrolladores, y entregar una poderosa explosión de energía cuando finalmente se necesita. Y, en muchas aplicaciones, se pueden utilizar activamente durante décadas, ya que se pueden cargar y descargar decenas de miles de veces.
Estas características hacen que las baterías de película fina sean ideales para algunas tecnologías nuevas. Los sensores remotos que capturan pequeñas cantidades de energía de vibraciones, transmisiones de radio o luz, requieren baterías que puedan almacenar este micro suministro de energía sin perderlo con el tiempo. Y los sensores remotos necesitan las ráfagas de alta potencia que muchas de estas celdas pueden entregar para enviar datos a través de señales de radio a una estación central.
La capacidad de alimentar la transmisión por radio también es importante para futuros implantes médicos que administrarán medicamentos o medirán los niveles de glucosa. Y estas aplicaciones también se beneficiarán de la larga vida útil de las baterías; se pueden recargar y descargar durante muchos años, eliminando la necesidad de cirugía para reemplazarlos. Es el tipo de batería perfecto para alimentar cualquier dispositivo de RF, porque tiene energía de pulso, se enciende instantáneamente y luego entra en modo de suspensión, dice Bradow. Eso es lo que le encanta a nuestra batería y lo que odian otras baterías. Su compañía planea comenzar a producir en masa sus baterías el próximo año.
No obstante, es posible que las baterías de película delgada no sean la opción de próxima generación para la mayoría de las computadoras portátiles. Eso se debe a que los procesos utilizados para fabricarlos, como la deposición física de vapor, siguen siendo demasiado caros para producir baterías grandes. Además, estas baterías, que pueden tener solo una décima parte de un milímetro de grosor, contienen cada una solo microcantidades de energía, tan solo una milésima parte de la cantidad de las baterías de las computadoras portátiles de hoy en día. Si bien podrían apilarse para proporcionar una capacidad de almacenamiento adecuada, las capas de embalaje que separan los materiales activos en cada batería anularían sus ventajas de capacidad. Es decir, probablemente costarían más, pero no necesariamente serían más pequeños.
Las primeras aplicaciones, como en paquetes de sensores industriales en equipos de alta temperatura o pozos de petróleo, serán aquellas en las que los compradores estén dispuestos a pagar $ 100 cada uno por baterías que satisfagan sus necesidades. Bradow dice que sus baterías podrían fabricarse por mucho menos en grandes volúmenes, sin embargo, eventualmente haciéndolas prácticas para redes de sensores distribuidos.
A pesar de los inconvenientes actuales de las baterías de película delgada, Donald Sadoway, profesor de química de materiales en el MIT, dice que algunas versiones de ellas alimentarán computadoras portátiles y vehículos eléctricos en el futuro. En su opinión, su ventaja clave, además de la seguridad, es que permiten el uso de litio puro en uno de los electrodos, lo que no es posible con electrolitos líquidos: si puede cambiar a litio, ha logrado lo último en capacidad de ánodo, dice.
En contraste con el electrolito similar al vidrio utilizado por Infinite Power Solutions y otros, Sadoway ha desarrollado un electrolito de polímero sólido (las baterías de polímero de iones de litio actuales usan un gel) para usar en baterías de película delgada. Este electrolito, dice, podría procesarse en rollos como periódicos o en algún otro proceso de alto rendimiento. Un proceso de este tipo para las baterías de película delgada, aunque la industria no lo está desarrollando ahora, podría reducir los costos, dice, mientras que las formas innovadoras de empaquetar los electrodos podrían reducir el tamaño. Hemos fabricado baterías en el laboratorio de 300 vatios-hora por kilogramo, dice. Es dos veces la mejor [batería] de iones de litio del mercado actual.