Una de las tecnologías que está haciendo más cómodo el estilo de vida del siglo XXI es la batería de iones de litio. Estos paquetes de energía permiten el funcionamiento de los teléfonos móviles, coches eléctricos, computadoras portátiles, dispositivos de atención médica, robots y sensores a distancia, entre otras cosas. Eso hizo que a principios de este año sus desarrolladores recibieran el Premio Nobel de Química.
Pero los científicos de materiales necesitan desesperadamente mejores baterías para internet de las cosas, para la próxima generación de dispositivos personales y para mucho más. También son necesarias mejores baterías para almacenar energía de fuentes renovables e intermitentes, como la eólica y la solar.
El rendimiento de una batería está determinado por factores como la densidad energética, la capacidad de mantener la carga sin perderla, la posibilidad de recargar miles de veces y la seguridad. Los fabricantes de baterías son cautelosos al intentar nuevos enfoques, para no producir una caída del rendimiento y las mejoras suelen ser graduales y pequeñas. ¿De dónde podrían provenir las grandes mejoras que se necesitan?
El investigador de la Universidad de Cork (Irlanda) Vladimir Egorov y sus colegas afirman que las baterías del futuro se fabricarán mediante impresión 3D. El equipo ha examinado las nuevas y diversas técnicas de impresión para baterías y sugiere que este enfoque permitirá una nueva generación de dispositivos más pequeños y más capaces, según una nota del MIT Technology Review.
Los científicos de materiales han empezado a experimentar con formas de imprimir los circuitos electrónicos utilizando tintas de polímeros y polímero de plata para los rastros, lo que eliminaría la necesidad de soldaduras. De esta manera, las placas de circuito podrían adoptar más o menos cualquier forma e incluso formar parte de la estructura de un dispositivo.
Esto es mucho más difícil de hacer cuando es necesario incorporar baterías convencionales, que vienen con tamaños y formas específicas y predeterminadas. La posibilidad de imprimir baterías 3D lo cambiaría. "Si fuera posible imprimirlas para integrarlas a la perfección en el diseño del producto, tanto por razones estéticas como por comodidad o funcionalidad, la batería estándar más voluminosa y fija no se tendría que incluir en la etapa del diseño del producto", afirma Egorov.
Eso sí, todo esto es mucho más fácil de decir que de hacer. Los materiales electroactivos que se utilizan en las baterías son inherentemente reactivos, y las estructuras como los ánodos y los cátodos son físicamente complejas. Resulta un reto crear versiones de estos materiales adecuadas para la impresión 3D y una vez impresos, estos materiales deben mantener sus interconexiones eléctricas, controlar estrictamente cualquier reacción química entre los componentes y garantizar que las baterías puedan cargarse y descargarse durante muchos ciclos.
Lo más importante de todo es que las baterías deben ser seguras. Todas las baterías tienen que pasar unos estrictos estándares de seguridad antes de poder usarse en hogares, vehículos, aviones, etcétera. Es posible que los criterios de prueba tengan que cambiar para permitir nuevos diseños de constantes cambios.
Uno de los mayores y más importantes desafíos para la industria de las baterías consiste en hacer que sus productos sean reciclables. Las baterías actuales están diseñadas específicamente para que no se puedan desmontar fácilmente, por lo que reutilizar los valiosos materiales que contienen es casi imposible. Eso no cuadra bien con una tecnología que tendrá un papel central en la transición de la sociedad de los combustibles fósiles a las energías renovables.
La opinión actual es que las baterías deben diseñarse teniendo en cuenta el reciclaje desde el principio, y que esto requerirá una idea completamente nueva por parte de los diseñadores de baterías. La flexibilidad que permite la impresión 3D tiene el potencial de activar y acelerar esta revolución tan necesaria. Aunque Egerov y su equipo han obviado este problema (el término "reciclaje" no aparece en su estudio), el resto de la industria de las baterías no puede permitirse ese lujo.