De la pila de Volta al Powerwall de Elon Musk: breve historia de las baterías
No ha acabado el día y tu 'smartphone' ya te lanza su advertencia de color rojo explicándote que necesita que lo conectes a la luz para seguir sobreviviendo. Tu reacción habitual es quejarte, porque el reclamo de tu móvil te pilla en el momento más inoportuno. En esos momentos no estás reparando en la extraordinaria facultad de tu batería para convertir la energía química en eléctrica y poder alimentar tu móvil autónomamente.
Uno de los padres fundadores de Estados Unidos, Benjamin Franklin, también conocido por ser el inventor del pararrayos, utilizó un dispositivo compuesto por varias botellas de Leyden, capaces de almacenar electricidad estática, para provocar descargas eléctricas y asesinar pavos, un método con el que impresionaba a sus invitados. Durante esos experimentos, Franklin utilizó el términotérmino “batería” ('battery') aplicado al mundo de la electricidad, ya en 1749.
Eso sí, no fue hasta 1800 cuando nació la que se considera la primera pila, invención de Alessandro Volta, fecha en la que el italiano mandó una carta explicando su invento a la Royal Society londinense. Como ya te hemos contado, la pila voltaica surgió de una refutación: Luigi Galvani defendía la existencia de una 'electricidad animal' cuando las ancas de las ranas que diseccionaba se contraían al chocar con un gancho de bronce.
Volta rebatió esa cuestionable idea creando una pila con discos de zinc y plata separados por un paño empapado en salmuera, un líquido que hacía la función de electrolito. Cuando un cable se conectaba a ambos extremos de la pila, la corriente continua fluía. Un invento con el que Volta consiguió gran reconocimiento: el propio Napoleón quedó impresionado y decidió nombrarle conde y senador. Además, la unidad de tensión eléctrica recibió el nombre de voltio en su honor.
DE LA PILA 'MAINSTREAM' DE JOHN F. DANIELL AL CONEJO DE DURACELL
Pese a la revolución que supuso la pila voltaica, el dispositivo no podía proporcionar corriente eléctrica durante un largo periodo de tiempo. El genio autodidacta John F. Daniell, gran amigo de Michael Faraday (el químico que descubrió las leyes de inducción electromagnética), decidió mejorar ese sistema. El británico ideó la pila Daniell en 1836 utilizando electrodos de zinc y cobre. Fue la primera en adquirir un uso práctico: sirvió para alimentar telégrafos, teléfonos y timbres de los hogares durante decenas de años.
John F. Daniell y Michael Faraday
Probar diferentes elementos químicos ha sido la labor de los investigadores que han querido desarrollar nuevas formas de obtener energía eléctrica. Georges Leclanché fue uno de ellos. Este investigador francés desarrolló en 1866 la pila Leclanché, un tipo de celda primaria (que no se puede recargar), compuesta por zinc y dióxido de manganeso. Su invento fue todo un éxito y en tan solo dos años 20.000 de sus celdas se estaban utilizando en los sistemas telegráficossistemas telegráficos.
La pila Leclanché fue la precursora de la conocida como 'pila seca', que utiliza una pasta de electrolito en lugar de un líquido para hacerla más ligera y fácil de transportar. En 1887, el alemán Carl Gassner patentó la primera, la de zinc-carbono, una pila 'low-cost' que puedes seguir utilizando en tus pequeños dispositivos de bajo consumo.
Ya en los felices años 20, el inventor estadounidense Samuel Ruben se dirigió a la fábrica de Philip Rogers Mallory para realizar el experimento que tenía en mente. De esa asociación nacerían las pilas de mercurio, que soportaban las temperaturas extremas, por lo que fueron muy utilizadas durante la Segunda Guerra Mundial. Posteriormente Ruben mejoraría las pilas alcalinas de manganeso, más resistentes y de más duración que las de zinc-carbono. En 1964 presentaron la marca Duracell, cuyo conejito rosa se ha convertido en un símbolo mucho más famoso que aquellos investigadores, presentes en tu vida diaria cada vez que coges el mando de la tele.
LAS BATERÍAS RECARGABLES, CON LA ESTELAR APARICIÓN DE EDISON
Casi al mismo tiempo que Georges Leclanché desarrollaba su pila, otro francés se planteaba cómo lograr que una batería descargara electricidad no solo una vez, sino que se pudiera regenerar. En 1859, Gaston Planté inventó la batería de plomo-ácido, la primera recargable de la historia, que se regenera haciendo pasar una corriente en sentido inverso. Aunque en un primer momento la capacidad de este acumulador era muy limitada, otro científico, Camilo Faure, logró aumentarla en 1881 permitiendo su producción a gran escala.
Planté nunca protegió sus inventos con patentes. Ni siquiera mostraba interés en ganar dinero con ellos e incluso ayudó a científicos sin recursos. Rehusó ser Miembro de la Academia de Ciencia de Francia por no perder tiempo en prepararse para el cargo: preferiría dedicarse por entero a los experimentos. Su legado pervive bajo el capó de los vehículosvehículos convencionales, que siguen utilizando baterías de plomo-ácido.
Un coche eléctrico de Detroit Electric (1919)
El inventor Waldemar Jungner ideó una batería intentando mejorar a la de Leclanché mientras veía pasar un tren. Comenzó a pensar en toda la energía que el convoy estaba desperdiciando y trabajó hasta desarrollar la batería de níquel-cadmio que utilizó para alimentar un vehículo eléctrico en Estocolmo en 1900. Las baterías de níquel-cadmio se han seguido utilizando, pero en 2013 el Parlamento Europeo prohibió la utilización de metales tóxicos como el mercurio y el cadmio en baterías, pilas y acumuladores, una restricción que entrará en vigor a finales de 2016. En esa fecha, las baterías de níquel-cadmio solo podrán ser utilizadas en sistemas de emergencia y equipos médicos.
Jungner decidió sustituir el cadmio por el hierro para que la batería fuera más barata, pero el sueco no fue el único que tuvo esta idea: Thomas Alba Edison también comenzó a trabajar en las baterías de níquel-hierroníquel-hierro por aquel entonces. El inventor y empresario consiguió que los primeros fabricantes de vehículos eléctricos las compraran, aunque sus primeras baterías daban algunos fallos. Edison investigó nuevos diseños, pero los vehículos de motor de combustión interna comenzaron a imponerse y sus baterías de níquel-hierro han visto reducida su aplicación a algunas instalaciones fotovoltaicas o eólicas con el paso de los años.
LA REVOLUCIÓN LLEGÓ CON EL LITIO
La tecnología que permite que vivas con un 'smartphone' en la mano tardó décadas en llegar. El físico estadounidense John B. Goodenough dio el primer paso. El profesor de la Universidad de Oxford estaba obsesionado con encontrar una respuesta científica a la crisis del petróleo de 1973, así que se puso a investigar las posibilidades del litio para la transformación de energía. Con la ayuda de varios estudiantes de doctorado, desarrolló una de las primeras baterías de litio con un cátodo de óxido de cobalto de litio en 1979. Su investigación abrió un nuevo mundo de posibilidades para las baterías recargables frente a las de plomo-ácido de Planté, demasiado pesadas para los dispositivos pequeños.
Sony comercializó las baterías de ión-litio en 1991
En 1985, el japonés Akira YoshinoAkira Yoshino perfeccionó este sistema y desarrolló el primer prototipo de baterías de ión-litio con material carbonoso. “Usé un solvente orgánico en vez de agua, y usando carbono como electrodo negativo pude llegar a los 4 voltios. Con óxido de cobalto de litio como un material para el electrodo positivo, creé la primera batería de litio de la historia”, ha contado Yoshino en una entrevista.
Seis años después, Sony y Asahi Kasei (la compañía para la que trabajaba Yoshino) comenzaron a comercializar la primera batería de iones de litio recargable, todo un hito en esta historia de las baterías. Tu portátil, tu 'wearable' o tu móvil deben su existencia a esas investigaciones de los 80: para que te hagas una idea, el IBM Simon, considerado por muchos el primer 'smartphone' - permitía no solo llamar, sino también mandar correos electrónicos hace 20 años -, utilizaba baterías de níquel-cadmio que solo le permitían sobrevivir durante una horahora.
Las baterías de litio continúan siendo las reinas del mercado, aunque se sigue mejorando su diseño para que sean más eficientes energéticamente y más baratas, sobre todo para dar el empujón definitivo a los coches eléctricos. En esta noble tarea, el hombre del momento es Elon Musk.Elon Musk Después de comenzar la construcción de su gigafactoría Tesla para producir 500.000 baterías de iones de litio anuales para sus vehículos, ha anunciado hace unos días el lanzamiento de sus famosas baterías Powerwall, capaces de almacenar energía proveniente de la generación solar o eólica y reducir nuestra dependencia de la red eléctrica convencional, ofreciendo 7 o 10 kWh.
Ya ha recibido más de 40.000 pedidos de estas baterías, prestandas como un avance revolucionario aunque, en realidad, están basadas en núcleos de iones de litio. La diferencia está en que Musk no pretende alimentar solo tus pequeños dispositivos, sino directamente tu hogar. “Como innovación tecnológica no son una revolución, son un nuevo producto de algo que ya existía. Se ha intentado hacer compatible con una vivienda y el precio también puede ser bueno, pero la idea no es nueva”, explica Carlos Roldán, director del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Valencia.
Mientras, un ya anciano John Goodenough, aquel primer impulsor de las baterías de litio, sigue trabajando en la Universidad de Texas, buscando una 'superbatería' que permita aumentar en un 60% la energía almacenada como forma de acabar para siempre con los vehículos de combustión interna. “Tengo solo 92 [años]. Todavía tengo tiempo para irme”, ha declarado con humor en una reciente entrevista este investigador que quiere plantar cara al petróleo.
“Nuestro objetivo es el de transformar totalmente las infraestructuras energéticas mundiales para que sean totalmente sostenibles y no produzcan emisiones de carbono”, aseguró Elon Musk durante la presentación de sus Powerwall. El multimillonario que quiere conquistar Marte también quiere vivir en un planeta energéticamente sostenible.
Si las baterías son una de las claves para conseguir ese reto, almacenando y reutilizando la energía de esas fuentes de energía renovables, no se lo debemos (solo) a Musk, sino también a todos esos investigadores que han dedicado su vida a estudiar cómo realizar este trabajo de transformación de energía química en eléctrica de la forma más eficiente posible.
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