La nueva batería utiliza un tipo de diseño de película fina recargable en el que muchos otros investigadores y compañías llevan trabajando desde hace varios años.
Las baterías de película fina normalmente utilizan electrolitos sólidos en vez de líquidos o en forma de gel, y los electrodos normalmente son de litio combinado con metales como el níquel, el cobalto o el manganeso. La batería de sal y papel es un reemplazo ideal de las de litio utilizadas en muchos dispositivos portátiles y de bajo consumo energético, tales como los sensores inalámbricos, las tarjetas inteligentes, los implantes médicos y las etiquetas RFID. “Para estas aplicaciones, cuanto más pequeñas y delgadas sean las baterías, mejor,” señala Sara Bradford, consultora de energía y potencia en Frost & Sullivan.
Las baterías de película fina también poseen otras características muy atractivas. Pueden durar mucho tiempo recargadas sin ser usadas, manteniendo su carga durante muchos años una vez almacenadas, y se pueden cargar y descargar decenas de miles de veces, señala Raghu Das, director de la compañía de investigación IDTechEX y experto en dispositivos electrónicos impresos, “lo que permite crear sensores inalámbricos que duren décadas siempre y cuando estén unidos a un recolector de energía.”
Sin embargo, sólo unas pocas startups, como por ejemplo Infinite Power Solutions en Littleton, Colorado, y Solicore, en Lakeland, Florida, han generado la suficiente cantidad de capital riesgo como para llevar las baterías al mercado. Cymbet, en Elk River, Minneapolis, y Excellatron, en Atlanta, Georgia, son otros de los mayores contendientes con tecnologías que ya están listas para salir al mercado. Este año se distribuirán más de cuatro millones de baterías de película fina, según un informe de mayo de 2009 elaborado por la firma de investigación de mercados NanoMarkets.
La nueva batería de papel, descrita en un estudio publicado online en Nano Letters, aún tiene camino por delante que recorrer. Las baterías de litio pueden distribuir 4 voltios y tienen densidades de energía de 200 a 300 milivatios-hora por gramo. En comparación, una única célula de batería de papel distribuye 1 voltio y puede almacenar 25 milivatios-hora de energía por gramo. Al ofrecer la corriente máxima, pierde un 6 por ciento de su capacidad de almacenaje después de 100 ciclos de recarga. Sin embargo, Stromme afirma que su equipo ya ha utilizado la batería durante 1.000 ciclos de recarga a corriente baja. También señala que estas cifras pertenecen al prototipo inicial del laboratorio.
En la actualidad, los investigadores trabajan para optimizar la batería. Finalmente, el voltaje se incrementará mediante la agrupación de varias células y su unión en serie. Mientras tanto, y dependiendo de la aplicación, Stromme afirma que “podemos ajustar el tamaño y la corriente para cumplir con los requirimientos específicos.”
La batería de papel se puede recargar mucho más rápidamente que la de litio. La celulosa que utilizan Stromme y sus colegas viene de un tipo de alga contaminante encontrada en los mares y lagos. Aunque las paredes celulares de este alga contienen celulosa, posee una nanoestructura muy distinta, lo que le otorga un área de superficie 100 veces mayor. Los investigadores cubren el papel hecho a partir de esta celulosa con un polímero conductor y después colocan, como si fuera un sandwich, un papel de filtro empapado en un solución salina entre medias de los electrodos de papel.
Los iones de cloro fluyen desde el electrodo positivo al negativo, mientras que los electrones viajan a través del circuito externo, lo que provoca una corriente. El electrodo de papel logra almacenar la carga al tiemo que se recarga en décimas de segundo puesto que los iones fluyen rápidamente a través del fino electrodo. Por el contrario, las baterías de litio pueden tardar hasta 20 minutos en recargarse. “La combinación entre una gran capacidad y un corto periodo de carga es algo ciertamente único,” señala Stromme.
Bradford señala que la nueva batería de papel se encuentra en una fase de investigación relativamente inicial en comparación con el resto de tecnologías basadas en película fina. “Para que una batería tenga éxito, necesitas disponer de un buen proceso de manufactura y a buen precio, aunque lo más importante es el rendimiento,” afirma. “Si no se logra mejorar en cierto grado la tecnología existente, es muy difícil crear una batería que produzca beneficios.”
Mientras tanto, Stromme confía en que el diseño, respetuoso con el medio ambiente, encuentre sus propios mercados. Afirma que se podría empezar a producir comercialmente en tres años.
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