Ni líquidas ni sólidas: las baterías eléctricas del futuro estarán inspiradas en las anguilas y no serán tóxicas

A medida que la descarbonización mundial avanza, las baterías resultan cada vez más importantes y necesarias para prescindir por completo de los combustibles fósiles. Las más utilizadas actualmente son las de iones de litio (Li-ion), integradas en dispositivos electrónicos como teléfonos móviles y ordenadores, así como vehículos y soportes de almacenamiento por su alta densidad energética.

Sin embargo, los investigadores están estudiando otras opciones, como las de iones de sodio (más sostenibles y económicas de construir), las de zinc-aire (alta densidad energética y relativamente baratas de producir) o las de estado sólido (más seguras), entre otras. Si bien emplean diferentes materiales, suelen sufrir el mismo problema: generan desechos tóxicos al final de su vida útil.

Por este motivo, su reciclaje resulta esencial para evitar contribuir a la contaminación del medioambiente. El fabricante de automóviles alemán BMW ha construido una nueva planta para reciclar las baterías de forma muy eficiente, y mantener sus materias primas dentro del ciclo de producción. No obstante, un grupo de científicos ha desarrollado un innovador modelo que carece de materiales tóxicos, lo que supondría una total revolución en el sector.

La nueva batería de hidrogel no solo es flexible, sino muy estable y no tóxica

Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania han desarrollado una batería de hidrogel flexible y de alta potencia que está inspirada en las anguilas eléctricas. Los científicos colocaron capas de múltiples tipos de hidrogeles, incluidos materiales conductores ricos en agua, en un patrón preciso que imita los procesos iónicos que utilizan las anguilas eléctricas para producir ráfagas de electricidad.

Este innovador diseño podría alimentar dispositivos médicos, dispositivos electrónicos portátiles y robótica blanda sin materiales tóxicos ni soportes rígidos. Al optimizar la química y la geometría de estos hidrogeles, lograron densidades de potencia muy superiores a las reportadas previamente para baterías basadas en hidrogel. Joseph Najem, profesor adjunto de ingeniería mecánica y autor correspondiente, afirmó:

"Los electrocitos de las anguilas eléctricas son células biológicas ultrafinas, capaces de generar más de 600 voltios de electricidad en una breve ráfaga. Estas células alcanzan densidades de potencia muy altas, lo que significa que pueden producir mucha energía a partir de pequeños volúmenes".

Si bien los primeros dispositivos inspirados en las anguilas producían energía limitada y requerían soporte mecánico para funcionar, los investigadores de Penn State abordaron el desafío fabricando hidrogeles extremadamente delgados, de solo 20 micrómetros por capa, permitiendo generar más energía sin soportes externos. "Descubrimos que el uso de hidrogel fino redujo naturalmente la resistencia interna del material, lo que aumentó las densidades de potencia que podíamos generar", afirmó Dor Tillinger, candidato a doctorado y coautor principal.

Para que las capas delgadas fueran más estables, el equipo ajustó la química del hidrogel para mantener la integridad mecánica y una baja resistencia eléctrica. Estas curiosas baterías de hidrogel no solo se mantienen flexibles, sino que son ambientalmente estables y no tóxicas. Son capaces de retener agua durante días en el aire y funcionar a temperaturas extremas de entre -112 y 80 grados Fahrenheit (-80 y 26,66 grados Celsius) sin congelarse.

Las fuentes de energía resultantes alcanzan densidades de alrededor de 44 kW/m³, que son más que suficientes para operar eficientemente sensores implantados, controladores de robótica blanda y electrónica portátil. Los dispositivos también funcionan sin ningún soporte estructural, lo que los hace adecuados para su integración en sistemas biomédicos o casi biológicos.