Una batería más segura

Una nueva generación de materiales que promete no arder
John Markoff - New York Times News Service

A Mike Zimmerman le gusta causar consternación en sus invitados usando un martillo para introducir un clavo a través de una batería de metal de litio de polímero sólido. No sucede nada; y eso es bueno.
La batería de Zimmerman es un nuevo giro para las baterías de ion de litio, que son ampliamente usadas en productos desde smartphones hasta automóviles. Las baterías de ion de litio de hoy, como quizá sepa cualquiera que haya dado seguimiento a los recientes problemas de Samsung con los Galaxy Note 7 inflamables, pueden ser bombas de tiempo activadas. Los líquidos en ellas pueden estallar si hay una especie de corto circuito. E introducir un clavo en una de ellas definitivamente no es algo recomendable.

Con eso en mente, la demostración de Zimmerman llama la atención. Su empresa emergente en Woburn, Massachusetts (EEUU), Ionic Materials, está a la vanguardia de un esfuerzo para diseñar baterías más seguras. La compañía está trabajando en baterías de polímero de litio "sólido" que en gran medida reduce su naturaleza combustible.

Una batería de metal de polímero de litio sólido –cuando llegue comercialmente– también permitirá a los diseñadores de productos electrónicos ser más creativos, porque podrán usar un material tipo plástico (el polímero) que permite empaques más pequeños y flexibles y requiere menos mecanismos de seguridad complejos.

"Mi sueño es crear el santo grial de las baterías sólidas", dijo Zimmerman. Después de cuatro años de desarrollo, cree que casi ha llegado ahí y espera empezar a fabricarla en los próximos dos años. Ionic Materials es uno entre una nueva ola de esfuerzos de investigación académicos y comerciales en EEUU, Europa y Asia para encontrar tecnologías de baterías más seguras.

Una industria aletargada

El interés en las baterías sólidas quedó de relieve en setiembre cuando la agencia del Departamento de Energía de EEUU que apoya la investigación en la tecnología energética de la próxima generación, anunció 16 premios destinados a acelerar el desarrollo de las tecnologías de baterías sólidas, incluido un contrato de US$ 3 millones a Ionic Materials.

Hay creciente evidencia de que después de décadas de un desarrollo terriblemente lento, las baterías están al borde de ceder ante una nueva generación de ciencias de los materiales.

Históricamente, las baterías han sido una brillante excepción ante el progreso exponencial del procesamiento y almacenamiento de las computadoras. En los últimos 150 años, de hecho, solo un puñado de químicas de baterías recargables han alcanzado la adopción masiva.

"Es un desafío enorme", dijo Ilan Gur, director de Cyclotron Road, un proyecto para apoyar a los innovadores relacionados con la energía en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California. "Los mejoramientos en las baterías se dan muy lentamente y el mejoramiento de la química de las baterías es muy difícil", agregó.

Gur señaló que las desilusiones con las baterías se remontan a más de un siglo.

Thomas Edison expresó su frustración ante la tecnología en una entrevista en 1883: "La batería de almacenamiento es una de esas cosas peculiares que atraen a la imaginación y los estafadores de las reservas no desearían nada más perfecto que esa misma cosa".

Los diseñadores de la electrónica de consumo moderna no son mucho más optimistas.

"El único avance real en la tecnología de las baterías que he visto durante mi carrera fueron las baterías de ion de litio, hace más de 18 años", dijo Tony Fadell, un ingeniero eléctrico que encabezó el diseño el iPod y el iPhone original en Apple antes de fundar Nest, el fabricante de termostatos domésticos. "En ocasiones se siente como la búsqueda del capitán Ahab", ilustró.

Samsung Note 7

Fracasos y oportunidades

Las baterías de ion de litio, lanzadas en 1991 por Sony, ofrecieron una ventaja importante sobre las baterías recargables de níquel-cadmio existentes en términos de su compactibilidad y recargabilidad. Pero también tienen el potencial de fallas que en dos ocasiones ha obligado a la industria a hacer amplios retiros de productos.

Sony tuvo una serie de problemas con incendios de baterías a partir de 2000, y culminó en el retiro de 4,2 millones de baterías de laptops en 2006.

En 2016, el retiro del Galaxy Note 7 de Samsung llevó de nuevo a las baterías inflamables a los titulares noticiosos. Clientes alrededor del mundo reportaron que los teléfonos estaban incendiándose. Sigue siendo poco claro por qué sucedió.

Muchos especialistas en baterías dicen que creen que la falla radica en el deseo de las compañías de electrónica surcoreanas de crear un paquete de batería más delgado, llevando a un diseño ultradelgado, un elemento de seguridad destinado a evitar que los electrodos de la batería entren en contacto entre sí directamente. Eso pudiera haber creado un corto circuito, lo que condujo al fuego o la explosión.

Los antecedes de Zimmerman están en el mundo de los semiconductores; él trabajó en Bell Labs y luego una compañía llamado Quantum Leap Packaging. Varios investigadores universitarios que han trabajado con la compañía creen que eso lo ha llevado a una tecnología que será más manufacturable que las tecnologías rivales de baterías de polímero y de cerámica que están siendo exploradas.

"Lo que es tan intrigante sobre Mike y sus amigos es que están usando técnicas de producción conocidas y pedidas prestadas a la industria del empaque de semiconductores", comentó Jay Whitacre, un físico de la Universidad Carnegie Mellon y director científico en Aquion Energy, un fabricante de baterías industriales y de almacenamiento doméstico.

El nuevo progreso a llevado a varios tecnólogos en el campo a creer que las baterías finalmente están saliendo de su letargo.

"Estamos en una era dorada de un nuevo desarrollo químico que probablemente no se ha visto en entre 30 y 40 años, desde la última crisis energética", expresó Paul Albertus, gerente de programa en la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada en Energía del Departamento de Energía de EEUU. "Es un momento muy emocionante para estar desarrollando tecnología de almacenamiento de energía", añadió.