Las celdas recargables de iones de litio están de moda en el mundo de las baterías, ya que alimentan todo, desde nuestros teléfonos hasta los vehículos eléctricos. Pero con su crecimiento en popularidad desde que fueron lanzado comercialmente en la década de 1990, otro tipo de batería ha pasado a un segundo plano en la investigación: las baterías no recargables. Eso es un problema, especialmente considerando cuántos dispositivos, como los marcapasos, dependen de su funcionalidad. Investigadores del MIT esperan hacer algo con respecto a esta brecha volviendo a centrarse en los sistemas de baterías más antiguos e intentando mejorar su capacidad energética mediante el empleo de un nuevo tipo de electrolito.
“Sabemos que necesitábamos baterías de mayor densidad de energía para permitir una vida más larga para dispositivos como marcapasos”, dice Haining Gao, becario postdoctoral del MIT. “Pero ha habido muy pocas innovaciones en las últimas cuatro décadas. Así que empezamos allí”.
Por lo general, estas opciones no recargables, también llamadas baterías primarias, ya tienen un mayor energía capacidad que los recargables, lo que significa que son buenos candidatos para productos como implantes médicos, que no se pueden recargar fácilmente (todavía). Pero, por supuesto, como todas las baterías primarias, incluso las de los implantes médicos se quedan sin batería con el tiempo.
Así es como suelen funcionar.
La mayoría de las baterías primarias contienen electrolitos, con el que quizás esté familiarizado por las bebidas deportivas como Gatorade, a diferencia de las baterías. Pero son la misma cosa. Los electrolitos son solo sustancias que se dividen en iones cuando se disuelven en una soluciónque en el caso de nuestros cuerpos, conducir cargas eléctricas que hacen que nuestros músculos se muevan
[Related: An AI called Dragonfly is helping design faster-charging batteries]
En las baterías se utilizan electrolitos para conducir el movimiento de iones cargados (como los iones de litio en una batería de iones de litio, o hidróxido de potasio en una batería no recargable) entre los extremos positivo y negativo, llamados cátodo y ánodo, respectivamente. Los electrones se juntan en el ánodo, donde se repelen y quieren moverse a un área con menos electrones, llevándolos a viajar a lo largo de un circuito hasta el cátodo positivo. Cuando se coloca un objeto como una bombilla a lo largo de ese circuito, los electrones se ven obligados a moverse a través de él antes de pasar al ánodo. Pero nada de esto puede funcionar sin el medio del electrolito. Y las baterías primarias no funcionan para siempre.
En el caso de las baterías de los marcapasos, solo duran entre cinco y diez años, dice Gao. Pero para tratar de extender eso, lo que hicieron Gao y su equipo fue elegir un material líquido diferente para el electrolito; en realidad es una combinación de un electrolito y un cátodo, al que llaman catolito. “La mayoría de las baterías tradicionales usan un material de cátodo sólido”, dice Gao. Pero en este caso, ese material y el electrolito, mucho del cual es peso muerto, dice Gao, se han cambiado a favor de la solución combinada de cátodo y electrolito para aumentar la eficiencia de la batería.
“Ahora tenemos una mayor parte de la masa de la batería que realmente se utiliza para la conversión de energía”, dice Betar Gallant, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT.
Los análisis iniciales de los investigadores estimaron que la densidad de energía de la batería podría aumentar en un 50 por ciento, pero hasta ahora, su investigación solo ha resultado en un aumento del 20 por ciento. Aún así, Gao dice que esto se debe principalmente a las limitaciones de la configuración de su laboratorio, y el 50 por ciento sigue siendo el objetivo. “Creemos que todavía se puede lograr”, dice Gao.
Extender la vida útil de las baterías primarias de alta energía podría ser beneficioso en muchos contextos donde las baterías recargables no son una opción, y no solo en los marcapasos. “También estamos considerando aplicar esto a vehículos no tripulados, aplicaciones de defensa, rastreo de carga y exploración espacial”, dice Gao.
Aunque las baterías recargables son favorecidas por su sostenibilidad por ahora, Gao dice que expandir la vida útil de las baterías primarias también puede convertirlas en contendientes sostenibles. En otras palabras, se deberán usar menos baterías en los marcapasos a medida que aumenta su vida útil, lo que reduce el desperdicio total de baterías además de reducir la cantidad de cirugías de reemplazo de baterías necesarias.
Los investigadores esperan tener un prototipo más avanzado dentro de uno o dos años, y no anticipan que el costo de estas baterías sea mucho más alto que sus precios actuales. Pero mientras tanto, esperan que su trabajo enfatice la necesidad de un interés más renovado en el mundo relativamente estancado de la investigación de baterías primarias.