Tanto las energías renovables en general como los coches eléctricos en particular tienen un talón de Aquiles: el almacenamiento de la electricidad. Incluso dispositivos como los móviles adolecen de problemas de autonomía debido a las crecientes necesidades computacionales.
Las cuantiosas inversiones en una nueva generación de baterías dan alas a un cierto optimismo, pero las granjas solares y eólicas exigirán un salto cualitativo para ofrecer un suministro estable. Una de las líneas de investigación es la transición desde las baterías de litio a las de sodio, un material mucho más accesible que el primero.
El problema es que el desarrollo de cátodos de sodio está trayendo de cabeza a los investigadores. Por suerte, parece que la respuesta podría residir en una nueva lección de biomimética, es decir, la aplicación de procesos y estructuras procedentes de la naturaleza. En este caso, la solución se encuentra en los huesos de los mamíferos.
El innovador proyecto tecnológico ha sido fruto de la colaboración entre las universidades de Texas (EE. UU.) y Sungkyunkwan (Corea del Sur) con el Brookhaven National Laboratory. A fin de desarrollar cátodos de sodio más robustos y estables, han examinado con detenimiento las estructuras óseas de los mamíferos.
Los huesos de este tipo de animales constan de un exterior duro y un interior esponjoso que almacena y transporta el tuétano. Esta morfología les confiere una gran solidez mecánica que resiste grandes presiones. Bajo estas premisas, el equipo internacional ha creado un sistema de estructuras porosas, conocidas como NVP, recubiertas por una capa de óxido de grafeno reducido (rGO).
El NVP ofrece excelentes cualidades conductivas para los iones de sodio, pero a la vez es una estructura muy frágil.
Ahora, al combinarlo con el revestimiento de grafeno como si el cátodo fuera un hueso, han logrado mejorar sensiblemente la integridad estructural, lo que reduce el deterioro producido por estrés mecánico y electroquímico.
Entre las grandes ventajas de estas nuevas baterías de sodio se encuentra su velocidad de carga ultrarrápida y su alta resistencia, ya que mantiene una capacidad del 90 % tras 10 0000 ciclos de carga. Eso sí, aún les quedan numerosas pruebas hasta llegar a una versión comercial.
De los huesos a los músculos
Otro ejemplo de baterías biomiméticas es un proyecto del MIT estadounidense que, en lugar de recurrir a estructuras óseas, se ha inspirado en las características de los músculos. En colaboración con la Southwest University, los investigadores han explorado la forma en que las fibras musculares transportan sangre, oxígeno y nutrientes para desarrollar un nuevo tipo de electrodos.
Así, en lugar de células musculares, el equipo ha utilizado esferas microscópicas de carbono cargadas de telurio. Además, han utilizado nanotubos de carbono que ejercen de material conductor de la electricidad, que sería el equivalente al flujo sanguíneo. Por su parte, las esferas de carbono operan como células de almacenamiento eléctrico.
Las investigaciones demuestran que el prototipo puede resistir quinientos ciclos de carga, una cifra que aún está lejos de tener aplicaciones comerciales. Sin embargo, en el estudio publicado hace unos años ya apuntaban hacia el potencial de los sistemas bioinspirados para el almacenamiento de energía.
Si quieres saber más acerca de la nueva generación de baterías alternativas que se están fraguando en los laboratorios de todo el mundo, te recomendamos este artículo sobre baterías basadas en cáscaras de huevo o este otro donde se analiza la utilización de residuos de madera. Otro ejemplo serían las baterías fabricadas con papel que explicamos hace algunos meses.