A más de 100 años: cómo la batería de Edison inspira una nueva era de almacenamiento eficiente

En el campo del almacenamiento de energía, la búsqueda de alternativas eficientes y sostenibles a las baterías convencionales sigue siendo un desafío técnico relevante. Las baterías de iones de litio, ampliamente utilizadas en la actualidad, presentan limitaciones vinculadas al uso de materiales como el litio y el cobalto, que tienden a estar sujetos a fluctuaciones de precio y a preocupaciones medioambientales.

Además, el reciclaje de estos dispositivos y la obtención de materias primas pueden generar un impacto ecológico considerable. Por esta razón, la investigación de nuevas tecnologías para almacenar energía, empleando recursos más abundantes y accesibles, se ha vuelto una prioridad para el sector.

En este contexto, según lo difundido por Popular Science sobre una publicación de la revista Small, un equipo de investigadores de la Universidad de California, Los ángeles (UCLA), revisó una tecnología que data de comienzos del siglo XX: la batería de níquel-hierro. Este tipo de batería fue ideada originalmente por Thomas Edison, quien imaginaba su utilización en vehículos eléctricos.

Sin embargo, la propuesta no prosperó en su momento debido a la baja densidad de energía —es decir, a la cantidad de energía que puede almacenar una batería en relación con su tamaño o peso— y el costo elevado, factores que favorecieron la masificación de los automóviles a gasolina. El interés actual en esta tecnología se centra en su durabilidad y en la posibilidad de fabricar baterías con materiales fáciles de obtener.

El objetivo de la investigación fue actualizar la batería de níquel-hierro utilizando técnicas y materiales modernos para mejorar su eficiencia y adaptabilidad a las necesidades contemporáneas de almacenamiento energético, especialmente en aplicaciones estacionarias, es decir, sistemas de almacenamiento de energía que no se mueven, como los que se usan en hogares, redes eléctricas o instalaciones industriales, como granjas solares o centros de datos.

Para lograrlo, los científicos recurrieron a principios inspirados en la biología y la química, específicamente en la manera en que los organismos vivos forman estructuras resistentes y funcionales, como huesos y conchas. En la naturaleza, ciertas proteínas ayudan a organizar minerales en configuraciones estables y resistentes. Adaptando este concepto, el equipo utilizó proteínas provenientes de residuos de la industria de la carne junto con óxido de grafeno, níquel y hierro.

El proceso de fabricación consistió en combinar estos materiales para formar una estructura a escala nanométrica, es decir, extremadamente pequeña. Para ponerlo en perspectiva, se requerirían entre 10.000 y 20.000 de estas estructuras alineadas para igualar el grosor de un solo cabello humano. Al reducir la escala a este nivel, se incrementa la superficie activa de los materiales, lo que permite que más átomos participen en las reacciones químicas y, así, mejora el desempeño de la batería.

El óxido de grafeno, que por sí solo actúa como un aislante eléctrico, fue tratado en agua muy caliente. Este paso permitió que las proteínas se convirtieran en carbono conductor y que el oxígeno fuera eliminado, resultando en la formación de un aerogel.

El aerogel es un material sólido altamente poroso y ligero, compuesto en un 99 % por aire, que facilita tanto el transporte de electrones como la participación de una mayor cantidad de átomos de níquel y hierro en las reacciones químicas de la batería. Esto se traduce en una batería que puede cargarse y descargarse más rápido y con mayor eficiencia.

Como resultado, la batería desarrollada por el equipo de UCLA mostró la capacidad de cargarse y descargarse en periodos muy breves, llegando a soportar más de 12.000 ciclos de carga y descarga.

Según los investigadores, esto podría equivaler a un uso diario durante aproximadamente 30 años, aunque esta estimación se basa en pruebas bajo condiciones de laboratorio y puede variar según el entorno real de aplicación. La batería emplea materiales de bajo costo y muy accesibles, lo que representa una ventaja frente a las tecnologías basadas en metales menos abundantes.

A pesar de estos avances, la batería de níquel-hierro modernizada presenta ciertas limitaciones. La principal es su baja densidad de energía en comparación con las baterías de iones de litio, lo que la hace poco adecuada para aplicaciones como vehículos eléctricos, que requieren almacenar grandes cantidades de energía en poco espacio y con bajo peso. No obstante, esta característica no supone un obstáculo significativo para su uso en sistemas de almacenamiento estacionario, donde el espacio y el peso son menos críticos que la durabilidad y la velocidad de carga y descarga.