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SUT (Sport Utility Truck) de Phoenix Motorcars, alimentado por baterías NanoSafe de AltairNano.

Materiales nanoestructurados para
baterías superpoderosas

El mercado mundial de baterías de todos los tipos ha crecido rápidamente, alcanzando nada menos que US$56.000 millones el 2007, volumen que se debe fundamentalmente al aumento que han tenido en las últimas décadas las ventas de aparatos electrónicos portátiles y a la creciente demanda de baterías por parte del sector automotriz. Pero la industria mundial de las baterías está mucho más excitada por sus perspectivas futuras que por sus logros recientes, porque estima que, tras varios intentos fallidos, esta vez sí que despegará la industria de los vehículos 100% eléctricos.

Las razones para este optimismo son su confianza en la nueva generación de baterías y en los avances tecnológicos adicionales que vienen en camino; la dramática escalada en los precios del petróleo; y la creciente preocupación mundial por frenar el calentamiento global. Las nuevas baterías que están llegando al mercado son del tipo Litio-Ion (Li-Ion), como las que se usan comúnmente en laptops y otros aparatos electrónicos portátiles.

Pero, a diferencia de las generaciones anteriores de esta enorme y variada familia de baterías, están construidas con materiales nanoestructurados que, según afirman, duplican su capacidad de carga eléctrica, multiplican por diez su durabilidad, y son mucho más estables y seguras.

Un acercamiento de las espinelas de titanato de litio. Estas partículas recubren el ánodo.

El tema de la seguridad y estabilidad de las baterías no es menor, especialmente entre las de tecnología Li-Ion. En 2006, Sony sufrió pérdidas del orden de US$400 millones al deber reemplazar de manera gratuita un total de 9,6 millones de unidades de un modelo de baterías Li-Ion para laptops que resultó inseguro. Dell le pidió el reemplazo de 4,1 millones de estas baterías luego de recibir seis informes de baterías que al recalentarse quemaron las computadoras y causaron daños a los mobiliarios. Y Apple le pidió el reemplazo de 1,8 millones de ellas luego de registrar dos casos de recalentamiento que causaron heridas leves a usuarios de equipos de esa marca.

El 2007 fue el turno de Matsushita (propietaria de la marca Panasonic) de sufrir grandes pérdidas como proveedor de 46 millones de baterías del modelo BL-5C para el gigante finlandés Nokia. Esas baterías Li-Ion no produjeron incendios, pero igualmente se ofreció su recambio gratuito, pues se presentaron problemas de cortocircuitos que hacían que algunas de ellas se recalentaran e hincharan mientras se estaban cargando.

Lo que origina estos niveles de inestabilidad de las baterías Li-Ion tradicionales es una fricción que se produce a nivel molecular, puesto que ellas tienen electrodos de grafito. Este material tiene muchas propiedades excelentes, pero su estructura es un conjunto de capas superpuestas que se mueven al cambiar la carga. Puesto que el tamaño del ión de litio es mayor que el espacio entre esas capas, su paso entre ellas les produce un stress mecánico que puede deformarlas. Cuando así ocurre, el problema puede agravarse gradualmente produciendo un calor excesivo, lo que en casos extremos puede derivar en un incendio e incluso en una explosión.

La nueva generación de baterías Li-Ion resuelve este problema mediante la construcción de electrodos estructurados por nanopartículas que permiten un amplio espacio para el ingreso y salida de los iones de litio. De este modo, no sólo no deforman estos electrodos ni producen recalentamiento, sino que al poder moverse de manera expedita hacen posible una carga más rápida.

Entre las firmas que están causando esta revolución en el mercado de las baterías hay muchas empresas jóvenes y poco conocidas por el público en general, además de los conglomerados tradicionales. Una de las que ha atraído muchas miradas es A123 Systems, que ofrece baterías con cátodos nanoestructurados que ofrecen una capacidad de carga de más de 3 kW por kilo y un ciclo de vida diez veces mayor al de baterías Li-Ion convencionales. Ellas ya son usadas como unidades de poder auxiliar en aviones, y han sido seleccionadas por General Motors como fuentes de poder para la nueva generación de automóviles eléctricos que promete sacar al mercado el 2010.

Vista “bajo la capota” de un SUV eléctrico.

Otra que es también estadounidense, Altair Nanotechnologies (referida también como Altairnano), fue seleccionada por un nuevo fabricante de vehículos eléctricos, Phoenix Motorcars, de California, para proveer las baterías que impulsen los nuevos automóviles 100% eléctricos que anunció que sacará al mercado en el último trimestre de este año.

El fuerte incremento en la competencia en el mercado de las baterías es una consecuencia de la generosidad de los estímulos otorgados por gobiernos de países desarrollados para la investigación y desarrollo (I&D) en tecnologías que ayuden a reducir su dependencia de hidrocarburos importados. La abundancia de subsidios concursables ha permitido que un gran número de investigadores académicos de primer nivel cuenten con recursos para desarrollar proyectos tan ambiciosos como los de las unidades de I&D de las grandes empresas productoras de baterías. Y la existencia de mercados de capital de riesgo interesados en estas tecnologías ha permitido a los investigadores más prometedores crear empresas y convertir sus diseños en productos manufacturables a escala masiva.

Por Luis Kaffman, Revista ElectroIndustria.
Mayo 2008
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