El futuro de las baterías para smartphones

Ánodo de Silicio-Grafeno de California Lithium Battery

El diseño de los smartphones actuales está determinado por dos de sus elementos, la pantalla y la batería. A medida que se imponen los paneles grandes, superiores a las cuatro pulgadas, el diámetro de los nuevos teléfonos no para de crecer por mucho que se reduzca el espacio visible para otros elementos como la placa, la antena, la cámara o el micrófono. Pero a la hora de reducir su volumen, la batería se ha convertido en el elemento crucial.

“El sodio es limpio y la fuente natural es inagotable”

“El sodio es limpio y la fuente natural es inagotable”

Actualmente, la mayoría de los dispositivos utilizan baterías conocidas como Li-Po, una evolución de las baterías de ión de litio, en las que se usa algún polímero para contener el electrolito. Su producción es más barata, son más eficientes en el ciclo de carga y descarga y pesan menos que los otros modelos comerciales, como muestra esta comparativa entre baterías de polímeros de litio y de iones de litio de RadioShack.

Tras la libertad de diseño, a por el tamaño y la duración

Tras la libertad de diseño, a por el tamaño y la duraciónPero sobre todo, hay diferencias en la versatilidad que ofrecen al diseño las Li-Po porque se pueden empaquetar en distintos formatos más allá de la forma cilíndrica camuflada y no requieren carcasas metálicas. Así, ha dado libertad a los fabricantes de hardware para pensar tan solo en el espacio que van a requerir en función de la carga escogida y no en cómo encajar una pieza rígida como si fuera una parte de un puzle.

Sin embargo, la autonomía del dispositivo se ha convertido en una de las grandes preocupaciones de los compradores a la hora de escoger. Año a año, la firma de análisis J.D. Power evalúa el grado de satisfacción de los usuarios de móviles. En su estudio 2012, la duración de la batería fue señalada como el factor peor valorado y en 2013, “aunque la gente está utilizando su teléfono más horas al día, está quedando más satisfecha con la duración de la batería”, señala el analista de la compañía Ross Gagnon.

Las baterías de litio que vienen

Las baterías de litio que vienenConexión WiFi o 3G/4G con búsqueda constante de señal, GPS, giroscopio, potencia de proceso que no para de crecer para atender sistemas operativos y programas cada vez más complejos, reproducción de vídeo y música y pantallas Full HD. A mayor necesidad de carga, una batería más grande, más pesada y más cara. Eso es lo que están tratando de evitar varias líneas de investigación destinadas a lograr baterías de litio-ión aun más eficientes.

Uno de los caminos es aumentar el número de iones, y entre quienes lo siguen está la empresa California Lithium Battery. El problema con el que han topado es que el material empleado para los ánodos, el grafito, ha llegado a su límite de almacenamiento, por eso estudian con que reemplazarlo. Su apuesta es por el silicio, porque “es el mejor material para la absorción del litio y tiene la mayor capacidad potencial de entre todos los materiales”, dice Phillips Roberts, presidente de la compañía.

El problema del silicio es que se hincha durante la carga, por eso están utilizando un compuesto de silicio y grafeno “que ha mostrado una mejora radical del rendimiento de las baterías litio-ión en combinación con los cátodos existentes o los nuevos de alta densidad de energía”. Su próximo paso es lograr un acuerdo para su fabricación y comercialización.

Mientras la empresa californiana se centra en el ánodo, Leyden Energy se fija en cómo mejorar el electolito, la parte que transfiere el litio, para evitar la hinchazón. Ha creado el componente llamado Li-imide que “no reacciona al agua ni genera ácido hidrofluorídrico, lo que lo hace más resistente al calor”. Esto ha permitido lograr sinergias con otros materiales de alta densidad de energía como los ánodos de silicio de California Lithium Battery y la compañía espera aumentos de capacidad de hasta un 45%.

Modelos rupturistas

Modelos rupturistasOtras líneas de trabajo apuestan por el abandono parcial del litio a pesar de que la alta densidad que ofrece. El problema es que es un material escaso y el abastecimiento depende de minas ubicadas en Chile, Bolivia o Afganistán.

En el centro de investigación cooperativa Energigune del País Vasco varios proyectos convergen tratando de “obtener baterías de sodio a bajo coste para almacenamiento estacionario”, cuenta el responsable del área de almacenamiento de energía Teófilo Rojo para Diario Turing.

Es menos eficiente pero es prácticamente inagotable y actualmente su precio es muy bajo. “Desde el punto de vista de densidad energética, el sodio no es competitivo con el litio, pero se ahorrarían costes por lo que se podrían sacar baterías de bajo coste”. Mejora la disponibilidad, pero se pone en entredicho su validez en los aparatos de consumo porque “al tener baja densidad energética las baterías tendrían que ser más grandes para ofrecer la misma duración”.

Por esta razón, su destino principal es el almacenamiento de energía en red, como en la producción de energía eléctrica con fuentes renovables, y no tanto los aparatos de consumo. El profesor Rojo considera que el litio va a seguir siendo el elemento principal de las baterías en el futuro, aunque ve complicado encontrar en el corto plazo una solución que permita olvidarse, por ejemplo, de cargar un móvil durante una semana.

El último camino que se ha abierto es el de las baterías de azúcar. No es la primera vez que los científicos recurren a este formato, pero según los investigadores de la universidad Virginia Tech que encabezan el nuevo proyecto, en esta ocasión pueden lograr un producto viable en tres años.

El profesor Perzival Zhang ha publicado en la revista Nature sus avances, que se centran en haber logrado una batería de mayor densidad que las desarrolladas anteriormente en base de azúcar (generalmente de muy baja durabilidad) gracias al descubrimiento de una vía encimática sintética que da como resultado una solución que ni es inflamable ni es explosiva. Y completamente recargable, tan fácil como rellenar de azúcar el recipiente, por lo que se convierte en una solución ecológica.

“El azúcar es un compuesto de almacenamiento de energía perfecto que está en la naturaleza. Así que solo es lógico que intentemos emplear esta energía natural para producir una pila de forma ecológica”, ha dicho Zhang en declaraciones recogidas por la web de noticias de Virginia Tech.

Otros ahorros, menos consumos

Otros ahorros, menos consumosLa duración de la batería no es solo cosa de la carga, también lo es del gasto. A medida que mejora la tecnología de fabricación también aumenta la eficiencia de algunos de los elementos de los dispositivos como la iluminación de la pantalla, la antena WiFi o la vibración. Sin olvidar los comportamientos y consejos de todo tipo que circulan por la red para exprimir al máximo cada ciclo de la batería.

De todos modos, será necesario un gran cambio en la relación de energía para poder aumentar las horas de autonomía, ya que cada pequeña mejora ha sido absorbida rápidamente por aplicaciones de un software y un hardware cada vez más exigente.

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