Baterías del futuro: la evolución tecnológica que transformará el mundo

La gran mayoría de la electrónica portátil actual funciona mediante baterías. Estas han pasado a convertirse en una pieza clave de todo tipo de dispositivos, tanto de uso común como de uso industrial.

Podemos encontrarlas, por ejemplo, en herramientas motrices, en el sector de las energías renovables, así como en equipos electrónicos de medición, médicos, búsqueda y rescate, de iluminación, de entretenimiento o de comunicación.

Tal es su importancia que la aparición de las baterías de ión de litio, conocidas como Li-ion, originó la expansión de la industria de los vehículos eléctricos actuales. 

Otro hito importante es el desarrollo de los dispositivos conocidos como wearables o “hechos para vestirse”. Estos permiten, por ejemplo, monitorear las condiciones físicas de un trabajador mientras realiza tareas de alto riesgo.

Gracias a la tecnología vestible se han desarrollado herramientas más compactas y potentes que han llevado a un incremento importante de la movilidad en actividades que, antaño, requerían de cableado. De esta forma, han aumentado tanto la seguridad como la eficiencia en los entornos laborales.

Dentro del espectro actual de baterías modernas de alto rendimiento, las baterías de ión de litio tienen un lugar alto en el ranking, ya que cuentan con las características más deseables para el almacenamiento de energía eléctrica en baterías.

Su poco peso y su alta densidad de energía las han convertido en las baterías de uso más extendido a nivel global. Actualmente se producen en masa y se consideran una de las tecnologías más rentables a nivel coste-beneficio. No obstante, es necesario contar con dispositivos integrados para que su proceso de carga sea eficiente y seguro.

Limitaciones de las baterías de ión de litio

Estas baterías nos ofrecen múltiples ventajas, pero no podemos olvidar que también cuentan con limitaciones como:

El efecto de la temperatura 

En entornos fríos, la actividad de estas baterías disminuye significativamente. Necesitan grandes cantidades de energía para mantener una temperatura que les permita funcionar normalmente, lo que suele acortar su vida útil.

La alta reactividad del litio

La afinidad del litio con el oxígeno es tan alta que se emplea en algunos procesos industriales como desoxidante de otros metales. Sin embargo, esta alta reactividad entre ambos hace que la reacción de combinación con el oxígeno sea fuertemente exotérmica, liberando una gran cantidad de energía en forma de calor y generando llamas. Estos incendios son difíciles de apagar incluso con medios convencionales.

Su complejo y caro reciclaje

La reutilización del litio metálico no se ha extendido a una escala significativa en el mundo. Una de las razones es el alto coste de este proceso debido al uso de compuestos, como el hidróxido de sodio, y de otros componentes especializados, como las membranas de ósmosis inversa.

El impacto de las baterías de litio

Prácticamente todas las industrias y sectores donde se utilizan dispositivos, herramientas y vehículos eléctricos se han visto favorecidas por la llegada de las baterías de litio. Destacan por su poco peso, alta capacidad y gran número de ciclos de carga/descarga y esto ha supuesto un gran impulso para la robótica, incrementando su tiempo, rango de acción y movilidad.

Todo ello ha favorecido, por ejemplo, la realización de actividades de prospección aérea y la inspección de instalaciones industriales a costes bastante razonables.

Otro ejemplo es el desarrollo de dispositivos aeronáuticos no tripulados para realizar fotografías aéreas, lo que ha favorecido el desarrollo de la investigación científica en muchas áreas de la agricultura, orografía, geología, biología y arqueología. 

No obstante, hay que reconocerlo: el coste de la explotación de litio es alto en términos de conservación del medioambiente. Su extracción afecta de forma significativa a los ecosistemas circundantes y consume grandes cantidades de agua, lo que implica consecuencias negativas para el entorno.

Aunque las baterías de litio son la tecnología dominante en la actualidad, la búsqueda de otros tipos de baterías con mejores prestaciones continúa. 

En esta búsqueda destacan las baterías de estado sólido (como las baterías de flujo) y las elaboradas con materiales recientemente descubiertos (como las baterías de grafeno). A continuación, vamos a desgranar las características de cada una:

Baterías de estado sólido: seguridad, carga rápida y mayor densidad energética

Las baterías de estado sólido constituyen un gran avance en la evolución tecnológica de las baterías. Su electrolito es 100 % sólido y no es inflamable ni explosivo. Por tanto, hay una significativa reducción del riesgo de incendio en comparación con las baterías de litio, con las que comparten similar composición.

Gracias al bajo riesgo de incendio, se cargan más rápido. También ofrecen una densidad energética alta y, al no necesitar componentes de seguridad, su potencia es mayor.

Baterías de grafeno: potencial para una carga ultrarrápida y una larga vida útil

El material derivado del carbono, conocido como grafeno, tiene aplicaciones muy variadas, siendo el uso en baterías una de las más importantes. Permite un incremento en la densidad energética de entre el 30 % y el 60 %, sin la mayoría de las desventajas asociadas a las baterías modernas.

Los beneficios de estas baterías son indiscutibles: se cargan rápidamente, poseen una alta densidad energética, se fabrican con materiales abundantes y relativamente inocuos y sostenibles, y su vida útil es prolongada.

Pilas de combustible de hidrógeno

El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes en la naturaleza. Su reactividad es elevada y, por tanto, también lo es su capacidad para interactuar con otros elementos. Este libera una alta cantidad de energía.

Las baterías de hidrógeno aún están en desarrollo, pero los avances están yendo rápido. Ofrecen un grado aceptable de seguridad, buena eficiencia y no generan emisiones, lo que las hace aptas para múltiples aplicaciones.

También tienen limitaciones, como los costes de las materias primas para su producción y el alto consumo eléctrico necesario para obtener hidrógeno, pero se perfilan como una brillante alternativa por su inocuidad para el medioambiente.

La tecnología avanza a tal ritmo que las actuales baterías de litio podrían perder su puesto en el podio y dejar paso a una tecnología (o mezcla de tecnologías) con las mismas o mejores prestaciones.

El uso de baterías más potentes, más económicas y más ligeras que reduzcan o eliminen el riesgo de incendio o explosión supondrán una revolución en todos los sectores del transporte. Tendrán un gran impacto en la navegación aeronáutica sin motores de combustión interna, por ejemplo, o en el uso de la energía eléctrica para embarcaciones de todo tipo, desde naves de carga hasta cruceros.

Asimismo, esta tecnología dará pie a vehículos eléctricos para carretera con un rango de varios órdenes de magnitud superiores a los actuales. El coste del transporte en general, a medida que se desarrolle la infraestructura de carga de los sistemas de baterías, tenderá a disminuir.

A medida que surgen avances tecnológicos en el sector de la energía sostenible, se presentan nuevas oportunidades y los retos pasan a ser diferentes.

Actualmente, la intermitencia en los ciclos diarios de producción de las energías sostenibles es uno de estos retos. Otro obstáculo importante es el impacto ambiental que genera la extracción de materias primas como el litio y el cobalto, altamente tóxicos.

No obstante, se presentan horizontes variados y abundantes. Las pilas de hidrógeno ya se visualizan como una de las tecnologías más prometedoras por su escaso nivel de emisiones nocivas. Otras alternativas como las baterías de sodio, también han aparecido recientemente.