Una de las muchas áreas interesantes de la investigación sobre baterías de última generación es la idea de usar componentes estructurales para almacenar también energía.
Los ingenieros han desarrollado microbaterías lo suficientemente ligeras como para ser transportadas por insectos y que, como resultado, acumulan hasta cuatro veces la densidad de energía.
La investigación fue llevada a cabo por ingenieros de la Universidad de Pensilvania, que estaban investigando nuevos diseños de baterías lo suficientemente compactas y duraderas como para alimentar dispositivos electrónicos y wearables cada vez más pequeños.
Para que este tipo de dispositivos sigan funcionando, las baterías tienen que estar protegidas de los daños causados por los impactos, el agua y el oxígeno, pero esto implica una carcasa que aumenta su peso y tamaño, sin mejorar su rendimiento electroquímico.
Para superar esta limitación, los científicos reimaginaron la forma en que se suelen diseñar las baterías diminutas. Estos dispositivos suelen contar con electrodos ultrafinos que permiten un transporte rápido de electrones e iones, pero este perfil delgado limita la cantidad de sustancias químicas que pueden contener y, por tanto, la cantidad de energía que pueden almacenar.
Los cátodos son uno de los dos electrodos de una batería, y suelen estar formados por partículas trituradas que se comprimen entre sí de forma que se crea una estructura porosa con huecos de aire, lo que influye en la velocidad a la que los iones pueden moverse por la batería. Los ingenieros superaron este problema desarrollando un material de cátodo mucho más denso que podía «electrochaparse» directamente sobre finas láminas de metal, que también actúan como carcasa.
Básicamente, hemos creado colectores de corriente que cumplen una doble función. Actúan a la vez como conductores de electrones y como el envoltorio que impide que el agua y el oxígeno entren en la batería.
James Pikul, director del estudio.
Según los ingenieros, este diseño de microbatería también alinea las «autopistas atómicas» del cátodo, lo que permite que los iones de litio viajen rápida y directamente a través del cátodo y dentro del dispositivo. Dado que los iones pueden viajar de forma mucho más eficiente a través del cátodo, éste puede hacerse mucho más grueso sin comprometer este atributo clave, lo que a su vez duplica la cantidad de sustancias químicas de almacenamiento de energía que puede contener.
En definitiva, esto permite crear una microbatería con una densidad energética cuatro veces superior a la de los diseños actuales. La minúscula batería pesa lo mismo que dos granos de arroz, pero tiene la densidad de energía y potencia de una batería 100 veces mayor. Por ejemplo, en diminutos robots voladores, dispositivos para llevar puestos, implantes médicos que ofrezcan una mayor vida útil o los innumerables dispositivos inalámbricos que conforman la Internet de las cosas.
Mientras tanto, los científicos siguen estudiando la composición química y física de su nueva batería para mejorar su rendimiento.
Más información: wiley.com
Vía upenn.edu
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