Investigadores chinos sorprenden con una batería nuclear de carbono-14 más pequeña, potente y sin tecnología extranjera.
- ☢️ Carbono-14 con 5.730 años de vida media.
- ⚡ Potencia máxima de 1,13 µW.
- 📦 Solo 16,8 cm³ de volumen.
- 📈 Densidad de potencia volumétrica multiplicada por 15,5.
- 🔬 Un 78 % menos de material radiactivo frente al prototipo anterior.
- 🌡️ Funcionamiento entre -100 y 200 °C.
- 🇨🇳 Transductor de carburo de silicio desarrollado y fabricado en China.
China alcanza el microvatio con una batería nuclear de carbono-14 capaz de funcionar durante miles de años
Una batería nuclear del tamaño de un pequeño dispositivo electrónico
Investigadores chinos han presentado una batería nuclear de carbono-14 capaz de producir electricidad de manera continua durante periodos extraordinariamente largos. El dispositivo alcanza una potencia máxima de 1,13 µW y supone una mejora considerable frente al prototipo desarrollado por el mismo equipo en 2024.
La tecnología ha sido creada por la Universidad Normal del Noroeste, en colaboración con la empresa Gansu Zhulong Technology.
La nueva batería, denominada Qianjiyuan Tianshu, utiliza la desintegración natural del carbono-14 para producir electricidad y ocupa apenas 16,8 cm³.
La cifra más llamativa aparece al comparar el dispositivo con su predecesor, Candle Dragon-I, también conocido como Zhulong-1.
El nuevo diseño necesita únicamente el 22 % del material radiactivo utilizado anteriormente, mientras aumenta 2,5 veces la corriente de cortocircuito y multiplica por 2,6 la potencia máxima.
El volumen efectivo también se ha reducido hasta aproximadamente el 17 % del original.
El resultado es un incremento de 15,5 veces en la densidad de potencia volumétrica.
Más electricidad, menos radioisótopo y un dispositivo mucho más pequeño. Ahí está el verdadero avance.
De la desintegración radiactiva a una corriente eléctrica constante
Las baterías nucleares funcionan de forma muy diferente a las centrales nucleares.
No existe una reacción en cadena ni un proceso de fisión controlada.
El dispositivo aprovecha la desintegración espontánea de un radioisótopo.
En este caso, el combustible es carbono-14, un isótopo radiactivo que emite partículas beta, principalmente electrones de alta energía.
Estas partículas llegan hasta un semiconductor de carburo de silicio (SiC).
La interacción de la radiación con el material genera cargas eléctricas que pueden ser recogidas y utilizadas para producir corriente.
El principio tiene cierto parecido con una célula fotovoltaica. La diferencia está en la fuente de energía: en lugar de recibir fotones procedentes del Sol, el semiconductor recibe partículas emitidas durante la desintegración radiactiva.
Una fuente diminuta. Continua. Día y noche.
El carbono-14 permite pensar en dispositivos que funcionen durante generaciones
El carbono-14 tiene una vida media de aproximadamente 5.730 años.
Eso no significa que una batería pueda alimentar cualquier dispositivo durante ese tiempo. Los materiales, los semiconductores, las conexiones eléctricas y los sistemas de encapsulado también envejecen.
Sin embargo, la lenta desintegración del radioisótopo permite mantener una producción eléctrica relativamente estable durante periodos muy superiores a la vida útil de las baterías electroquímicas convencionales.
Los investigadores consideran que la fuente energética podría mantener su capacidad de generación durante miles de años desde un punto de vista teórico.
El verdadero desafío está en fabricar dispositivos capaces de aprovechar esa electricidad durante décadas.
Y hacerlo de forma segura.
Un microvatio parece poco, hasta que se analiza dónde puede utilizarse
La batería proporciona una potencia máxima de 1,13 µW.
Es una cantidad diminuta.
Un teléfono móvil necesita potencias millones de veces superiores durante determinadas operaciones. Un vehículo eléctrico se mueve en una escala energética completamente diferente.
Por eso, esta tecnología no está pensada para sustituir las baterías de litio utilizadas en electrónica de consumo.
Su campo de aplicación aparece en dispositivos que consumen cantidades extremadamente pequeñas de energía y deben funcionar durante largos periodos sin mantenimiento.
Entre ellos se encuentran sensores ambientales, sistemas de monitorización industrial, equipos instalados en el fondo marino, instrumentación científica, dispositivos aeroespaciales y determinados implantes médicos.
La ventaja aparece cuando sustituir una batería resulta complicado, peligroso o muy caro.
Un sensor instalado bajo el hielo polar, dentro de una infraestructura, en una boya oceánica o en una nave espacial podría beneficiarse de una fuente eléctrica capaz de funcionar durante décadas.
Un sistema electrónico completo, no únicamente una fuente radiactiva
Qianjiyuan Tianshu incorpora cinco mejoras principales frente al prototipo presentado en 2024.
El equipo ha optimizado el sistema que contiene el carbono-14 para aprovechar mejor la radiación emitida.
También ha desarrollado un transductor de carburo de silicio fabricado en China, destinado a mejorar la eficiencia de conversión energética.
El diseño utiliza una arquitectura tridimensional apilada que permite reducir considerablemente el espacio ocupado por los componentes.
A esto se añade un sistema inteligente de gestión de microenergía.
Este elemento resulta especialmente importante.
Cuando una fuente energética produce cantidades tan pequeñas de electricidad, cada pérdida cuenta. La electrónica debe consumir muy poco y gestionar cuidadosamente la energía disponible.
El dispositivo también integra sensores y sistemas de transmisión inalámbrica.
La idea es conseguir equipos capaces de medir, procesar información y comunicarse de forma autónoma durante largos periodos.
El carburo de silicio puede marcar la diferencia
Uno de los componentes más relevantes del proyecto es el transductor de carburo de silicio.
Este semiconductor se utiliza cada vez más en electrónica de potencia, vehículos eléctricos, inversores solares y sistemas industriales.
Su resistencia frente a temperaturas elevadas, radiación y campos eléctricos intensos lo convierte en un material especialmente interesante para aplicaciones extremas.
La batería presentada por los investigadores puede funcionar, según los datos divulgados por el equipo, entre -100 y 200 °C.
Este amplio intervalo térmico abre posibilidades en entornos donde las baterías electroquímicas convencionales presentan dificultades.
Regiones polares, fondos oceánicos, instalaciones industriales y misiones espaciales aparecen entre los escenarios potenciales.
También existe una dimensión estratégica.
China busca desarrollar una cadena tecnológica propia en semiconductores avanzados y electrónica de potencia. La fabricación nacional del transductor permite reducir la dependencia exterior en uno de los componentes fundamentales de la batería.
De los generadores espaciales a las baterías betavoltaicas
Las fuentes nucleares utilizadas para producir electricidad durante largos periodos no son nuevas.
Las agencias espaciales llevan décadas utilizando generadores termoeléctricos de radioisótopos en misiones donde la energía solar resulta insuficiente.
Las sondas Voyager, lanzadas en 1977, continúan comunicándose con la Tierra gracias a sistemas que convierten en electricidad el calor producido por la desintegración del plutonio-238.
El rover Perseverance, operativo en Marte desde 2021, también utiliza un generador de radioisótopos como fuente energética.
Las baterías betavoltaicas siguen otro camino.
En lugar de aprovechar el calor, convierten directamente la radiación beta en electricidad mediante materiales semiconductores.
Esto permite fabricar dispositivos mucho más pequeños.
La contrapartida es clara: la potencia disponible continúa siendo muy reducida.
La combinación con sistemas de almacenamiento puede ampliar sus aplicaciones
Una posibilidad interesante consiste en combinar las baterías nucleares con supercondensadores o pequeñas baterías recargables.
La fuente de carbono-14 podría producir electricidad continuamente y almacenarla.
Cuando el dispositivo necesitara realizar una operación que requiere más potencia, utilizaría la energía acumulada.
Por ejemplo, un sensor ambiental podría permanecer durante horas recogiendo electricidad y realizar una transmisión inalámbrica periódica.
Después volvería a acumular energía.
Este modelo permitiría aprovechar una fuente extremadamente pequeña para alimentar dispositivos que necesitan picos ocasionales de potencia.
La electrónica de consumo ultrabajo y los nuevos sistemas de gestión energética están haciendo cada vez más viable este tipo de arquitectura.
La autonomía energética de los sensores será cada vez más importante
Millones de sensores se están instalando en ciudades, fábricas, redes eléctricas, infraestructuras y espacios naturales.
Muchos dependen de baterías que deben sustituirse periódicamente.
El problema aumenta cuando los dispositivos están desplegados en lugares remotos.
Cambiar una batería puede requerir enviar técnicos, vehículos, barcos o incluso aeronaves.
En algunos casos, el coste del mantenimiento supera ampliamente el precio del propio sensor.
Las fuentes energéticas de larga duración podrían reducir este problema.
Una batería capaz de proporcionar electricidad durante décadas permitiría desplegar redes de sensores prácticamente autónomas.
Esto podría resultar útil para vigilar incendios forestales, estudiar glaciares, controlar infraestructuras energéticas o medir la contaminación de los océanos.
El carbono-14 también plantea una cuestión sobre los residuos nucleares
El carbono-14 puede encontrarse en materiales generados durante el funcionamiento y desmantelamiento de determinadas instalaciones nucleares.
Desde hace años se investigan métodos para recuperar radioisótopos presentes en estos residuos y utilizarlos en aplicaciones industriales.
La fabricación de baterías nucleares podría convertirse en una de esas aplicaciones.
Aprovechar determinados materiales radiactivos para producir electricidad antes de su gestión definitiva permitiría mejorar el uso de recursos que necesitan ser controlados durante periodos extremadamente largos.
Eso no elimina el problema de los residuos nucleares.
La separación, purificación y utilización del carbono-14 requieren procesos industriales complejos.
Además, cualquier dispositivo fabricado deberá regresar a un sistema controlado cuando termine su vida útil.
La economía circular aplicada a materiales nucleares es un terreno complicado. También puede ofrecer oportunidades.
China acelera la investigación en baterías nucleares
El desarrollo de Qianjiyuan Tianshu forma parte de un interés creciente por las fuentes de energía capaces de funcionar durante décadas.
China ya ha presentado otros proyectos relacionados con baterías nucleares.
En 2024, la empresa china Betavolt anunció una batería betavoltaica basada en níquel-63 y semiconductores de diamante.
La compañía planteó como objetivo desarrollar baterías nucleares de mayor potencia durante los siguientes años.
Al mismo tiempo, universidades y centros de investigación de diferentes países trabajan en materiales como diamante artificial, carburo de silicio y semiconductores de banda ancha para mejorar la eficiencia de conversión.
La competencia tecnológica está empezando.
No por alimentar automóviles.
Por conseguir dispositivos electrónicos que puedan funcionar durante décadas sin intervención humana.
El gran reto continúa siendo la potencia
El avance conseguido por los investigadores chinos es considerable cuando se compara con el prototipo anterior.
Pero la tecnología mantiene una limitación evidente.
La potencia es extremadamente pequeña.
Para ampliar sus aplicaciones será necesario mejorar la eficiencia de conversión de la radiación, la densidad energética, la integración electrónica y los sistemas de almacenamiento intermedio.
También habrá que demostrar la fiabilidad del dispositivo durante periodos prolongados.
Temperaturas extremas, radiación, humedad, vibraciones y envejecimiento de los materiales pueden afectar al funcionamiento.
Una fuente energética puede durar miles de años.
La electrónica que la rodea, no necesariamente.
Resolver esta diferencia será uno de los grandes desafíos de las baterías nucleares.
Potencial
Las baterías de carbono-14 no sustituirán a las grandes instalaciones de almacenamiento energético necesarias para integrar la energía solar y eólica.
Tampoco reemplazarán las baterías de los vehículos eléctricos.
Su utilidad puede aparecer en millones de pequeños dispositivos.
Sensores ambientales, equipos científicos, sistemas de monitorización industrial e infraestructuras autónomas podrían funcionar durante décadas con menos mantenimiento.
Esto permitiría reducir el consumo de baterías desechables, disminuir operaciones logísticas y ampliar las redes de vigilancia ambiental.
La combinación con sistemas de almacenamiento capaces de acumular lentamente la electricidad generada puede abrir nuevas aplicaciones.
También existe margen para aprovechar determinados radioisótopos procedentes de materiales nucleares bajo sistemas estrictamente controlados.
El avance presentado en China muestra que la tecnología está evolucionando.
Reducir el uso de material radiactivo hasta el 22 %, multiplicar por 2,6 la potencia máxima y aumentar 15,5 veces la densidad de potencia volumétrica son mejoras importantes.
Todavía queda bastante camino.
Pero una red de sensores capaz de vigilar bosques, océanos, infraestructuras o regiones polares durante décadas sin cambiar baterías podría convertirse en una herramienta valiosa para comprender mejor los cambios ambientales y gestionar recursos de forma más eficiente.
Pequeñas cantidades de electricidad. Mucho tiempo por delante. Y aplicaciones que apenas empiezan a explorarse.
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