Investigaciones realizadas por científicos de la Universidad de Clemson podrían conducir a la creación de baterías más ligeras y de carga más rápida, adecuadas para alimentar un traje espacial, o incluso un explorador móvil de Marte.

La investigación, que fue financiada por la NASA, se publicó en la revista Applied Materials and Interfaces de la Sociedad Química Americana.

Entre sus autores figuran Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao y Ramakrishna Podila, todos los cuales forman parte del Instituto de Nanomateriales de Clemson (CNI).

Podila, profesor asistente en el departamento de física y astronomía de la Facultad de Ciencias, dijo que las nuevas y revolucionarias baterías pronto podrían ser usadas en los satélites estadounidenses.

“La mayoría de los satélites obtienen su energía principalmente del Sol“, dijo Podila.

“Pero los satélites tienen que ser capaces de almacenar energía para cuando están en la sombra de la Tierra.

Tenemos que hacer que las baterías sean lo más ligeras posible, porque cuanto más pesa el satélite, más cuesta su misión“.

Podila dijo que para entender los avances del grupo, se podría visualizar el ánodo de grafito de una batería de iones de litio como una baraja de cartas, en la que cada carta representa una capa de grafito que se utiliza para almacenar la carga hasta que se necesite electricidad.

El problema, dijo Podila, es que “el grafito no puede almacenar mucha carga“.

El equipo de Clemson optó por trabajar con silicio, que puede contener más carga, lo que significa que se puede almacenar más energía en células más ligeras.

Si bien los científicos han valorado durante mucho tiempo la alta capacidad del silicio para el almacenamiento eléctrico, este material se rompe en trozos cada vez más pequeños a medida que se carga y descarga.

La solución que se le ocurrió al equipo implica el uso de diminutas partículas de silicio “nanométricas”, que aumentan la estabilidad y proporcionan una mayor duración del ciclo.

En lugar de una baraja de cartas hecha de grafito, las nuevas baterías utilizan capas de un material de nanotubos de carbono llamado Buckypaper, con las nanopartículas de silicio entre ellas.

Con ese tipo de empaquetado interno, incluso si las partículas de silicio se rompen, “siguen en el sándwich“, dijo Podila.

“Las láminas independientes de nanotubos de carbono mantienen las nanopartículas de silicio conectadas eléctricamente entre sí“, dijo Shailendra Chiluwal, estudiante de postgrado en el CNI y primera autora del estudio.

“Estos nanotubos forman una estructura casi tridimensional, mantienen las nanopartículas de silicio unidas incluso después de 500 ciclos, y mitigan la resistencia eléctrica que surge de la ruptura de las nanopartículas“.

El uso de baterías hechas de silicio y otros nanomateriales no solo aumenta la capacidad, sino que también permite cargar las baterías a una corriente más elevada, lo que se traduce en tiempos de carga más rápidos.

Como sabe cualquier persona cuyo teléfono móvil haya “muerto” alguna vez en medio de una llamada telefónica, esta es una característica importante para la tecnología de las baterías.

Una carga más rápida es posible porque las nuevas baterías también utilizan nanotubos como mecanismo de amortiguación que permite cargarlas a una velocidad cuatro veces más rápida de lo que es posible en la actualidad.

Las baterías más ligeras que se cargan más rápido y ofrecen una eficiencia mucho mayor no solo serán una bendición para los astronautas que lleven trajes con baterías, sino también para los científicos e ingenieros que tienen que llevar a los astronautas a sus destinos.

“El silicio como ánodo en una batería de iones de litio representa el ‘santo grial’ para los investigadores en este campo“, dijo Rao, director del CNI y principal investigador de la beca de la NASA.

Rao también dijo que las nuevas baterías pronto encontrarán su camino en los vehículos eléctricos.

“Nuestra próxima meta es colaborar con socios industriales para trasladar esta tecnología basada en el laboratorio al mercado”, dijo Podila, autor correspondiente del estudio y co-investigador en la subvención de la NASA.

Fuente: Noticias de la Ciencia

Artículos relacionados:

Samsung duplica la capacidad de sus baterías gracias al grafeno Las baterías de magnesio podrían ser más seguras y más eficientes que las de litio Bolas de grafeno podrían quintuplicar velocidad de carga y aumentar 45% la capacidad de las baterías Baterías biomórficas podrían proporcionar 72 veces más energía para los robots Bacterias podrían permitir reciclar las baterías de los autos Kilopower, el reactor que nos llevará a Marte y abrirá la puerta a la exploración del espacio profundo