Brenda Valderrama

  / lunes 21 de octubre de 2019

El enorme poder de una pequeña batería

El siglo XXI va a ser el siglo de las energías renovables. En todo el mundo se han invertido grandes cantidades de dinero para el desarrollo de nuevas y más eficientes formas para extraer la energía del sol, del viento, de las mareas o de la biomasa.

Sin embargo, todas estas fuentes son intermitentes, es decir, el sol se oculta de noche, el viento amaina, las mareas tienen ciclos y la biomasa depende de la cosecha. Para hacerlas completamente útiles será necesario desarrollar dispositivos para el almacenamiento de la energía generada.

Las baterías, también conocidas como pilas, son dispositivos de almacenamiento de energía cuyo diseño es relativamente sencillo. Se trata de dos electrodos, cada uno de ellos conectado a un circuito eléctrico, separados por un electrolito que es una sustancia conductora de cargas. Frecuentemente los electrodos se encuentran separados por un material no conductor que evita que la batería entre en corto circuito. Durante su operación, la batería genera electricidad mediante la transmisión acoplada de cargas del electrodo negativo (ánodo) al positivo (cátodo) y de electrones en el mismo sentido pero a través del circuito eléctrico conectado. La batería será funcional mientras contenga material para la producción de las cargas, cuando éste se agote la batería deberá ser reemplazada. El costo ambiental del uso masivo de baterías es abrumador. Cada año se desechan 3 mil millones de baterías en todo el mundo.

Las primeras baterías potencialmente útiles fueron desarrolladas por el sueco Waldemar Jungner en 1899 y llegaron al mercado en 1946. Estas baterías utilizaban la combinación de níquel y cadmio para los electrodos y llegaron a dominar el mercado bajo el nombre de pilas alcalinas. Sin embargo la alta toxicidad del cadmio motivó que se exploraran otras fuentes de materiales.

De manera circunstancial, la crisis del petróleo de los años 70 aceleró las investigaciones en este sentido. Junto con otras corporaciones, la empresa petrolera Exxon comenzó a invertir en el desarrollo de energías renovables y entre sus proyectos se encontraba el diseño conceptual de baterías recargables a cargo de Stanley Whittingham quien se dedicó al desarrollo de materiales superconductores ricos en energía destacando aquellos con base en disulfuro de titanio y litio metálico. Este diseño era de enorme potencial gracias a su capacidad de almacenamiento de energía sin embargo la inestabilidad del litio metálico provocaba un alto riesgo de explosión de la batería.

Para 1980 John B. Goodenough predice que la capacidad de almacenamiento de la batería será mayor si se sustituye el sulfuro por un óxido desarrollando de manera sistemática un nuevo material con base en dióxido de cobalto para el cátodo el cual puede intercalar los iones de litio. Este nuevo diseño genera 4 volts, el doble que el diseño de Whittingham. Gracias a estos descubrimientos, en 1985 Akira Yoshino complementa el diseño de la batería con un nuevo material para el ánodo basado en cristales de grafito, un material rico en carbono con el que se fabrica la puntilla de los lápices. Este nuevo diseño, al ya no contener litio metálico, deja de sufrir riesgo de explosión.

La suma de estas investigaciones dio lugar a una batería ligera, económica, segura, de larga duración, no tóxica y recargable. La primera batería de litio llegó al mercado en 1991y gracias a su bajo costo se posicionó rápidamente en el gusto del consumidor acelerando la aparición masiva de dispositivos electrónicos móviles y teléfonos celulares. Gracias a estos avances nos encontramos ahora en una mejor posición para atacar el desarrollo de una nueva generación de baterías que deberán poseer las virtudes de las de litio pero a gran escala para ser usadas en automóviles, autobuses, camiones de carga, barcos y aviones y eventualmente para colaborar en la sustitución del petróleo, el gas y el carbón en la generación de energía eléctrica para las ciudades.

Por la importancia de sus investigaciones, los doctores Whittingham, Goodenough y Yoshino recibieron de manera conjunta el Premio Nobel de Química 2019.

Mientras esto ocurre a nivel mundial, en Morelos seguimos en espera de ser recibidos por la Comisión de Hacienda de la Cámara de Diputados presidida por la diputada Rosalina Mazari con la finalidad de corregir la falta de presupuesto para la investigación que en el 2019 no recibió ni un solo peso en perjuicio de los cerca de cuatro mil investigadores y estudiantes de posgrado morelenses.


Información adicional de éste y otros temas de interés: http://reivindicandoapluton.blogspot.mx

El siglo XXI va a ser el siglo de las energías renovables. En todo el mundo se han invertido grandes cantidades de dinero para el desarrollo de nuevas y más eficientes formas para extraer la energía del sol, del viento, de las mareas o de la biomasa.

Sin embargo, todas estas fuentes son intermitentes, es decir, el sol se oculta de noche, el viento amaina, las mareas tienen ciclos y la biomasa depende de la cosecha. Para hacerlas completamente útiles será necesario desarrollar dispositivos para el almacenamiento de la energía generada.

Las baterías, también conocidas como pilas, son dispositivos de almacenamiento de energía cuyo diseño es relativamente sencillo. Se trata de dos electrodos, cada uno de ellos conectado a un circuito eléctrico, separados por un electrolito que es una sustancia conductora de cargas. Frecuentemente los electrodos se encuentran separados por un material no conductor que evita que la batería entre en corto circuito. Durante su operación, la batería genera electricidad mediante la transmisión acoplada de cargas del electrodo negativo (ánodo) al positivo (cátodo) y de electrones en el mismo sentido pero a través del circuito eléctrico conectado. La batería será funcional mientras contenga material para la producción de las cargas, cuando éste se agote la batería deberá ser reemplazada. El costo ambiental del uso masivo de baterías es abrumador. Cada año se desechan 3 mil millones de baterías en todo el mundo.

Las primeras baterías potencialmente útiles fueron desarrolladas por el sueco Waldemar Jungner en 1899 y llegaron al mercado en 1946. Estas baterías utilizaban la combinación de níquel y cadmio para los electrodos y llegaron a dominar el mercado bajo el nombre de pilas alcalinas. Sin embargo la alta toxicidad del cadmio motivó que se exploraran otras fuentes de materiales.

De manera circunstancial, la crisis del petróleo de los años 70 aceleró las investigaciones en este sentido. Junto con otras corporaciones, la empresa petrolera Exxon comenzó a invertir en el desarrollo de energías renovables y entre sus proyectos se encontraba el diseño conceptual de baterías recargables a cargo de Stanley Whittingham quien se dedicó al desarrollo de materiales superconductores ricos en energía destacando aquellos con base en disulfuro de titanio y litio metálico. Este diseño era de enorme potencial gracias a su capacidad de almacenamiento de energía sin embargo la inestabilidad del litio metálico provocaba un alto riesgo de explosión de la batería.

Para 1980 John B. Goodenough predice que la capacidad de almacenamiento de la batería será mayor si se sustituye el sulfuro por un óxido desarrollando de manera sistemática un nuevo material con base en dióxido de cobalto para el cátodo el cual puede intercalar los iones de litio. Este nuevo diseño genera 4 volts, el doble que el diseño de Whittingham. Gracias a estos descubrimientos, en 1985 Akira Yoshino complementa el diseño de la batería con un nuevo material para el ánodo basado en cristales de grafito, un material rico en carbono con el que se fabrica la puntilla de los lápices. Este nuevo diseño, al ya no contener litio metálico, deja de sufrir riesgo de explosión.

La suma de estas investigaciones dio lugar a una batería ligera, económica, segura, de larga duración, no tóxica y recargable. La primera batería de litio llegó al mercado en 1991y gracias a su bajo costo se posicionó rápidamente en el gusto del consumidor acelerando la aparición masiva de dispositivos electrónicos móviles y teléfonos celulares. Gracias a estos avances nos encontramos ahora en una mejor posición para atacar el desarrollo de una nueva generación de baterías que deberán poseer las virtudes de las de litio pero a gran escala para ser usadas en automóviles, autobuses, camiones de carga, barcos y aviones y eventualmente para colaborar en la sustitución del petróleo, el gas y el carbón en la generación de energía eléctrica para las ciudades.

Por la importancia de sus investigaciones, los doctores Whittingham, Goodenough y Yoshino recibieron de manera conjunta el Premio Nobel de Química 2019.

Mientras esto ocurre a nivel mundial, en Morelos seguimos en espera de ser recibidos por la Comisión de Hacienda de la Cámara de Diputados presidida por la diputada Rosalina Mazari con la finalidad de corregir la falta de presupuesto para la investigación que en el 2019 no recibió ni un solo peso en perjuicio de los cerca de cuatro mil investigadores y estudiantes de posgrado morelenses.


Información adicional de éste y otros temas de interés: http://reivindicandoapluton.blogspot.mx

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