Un salto cuántico en el diseño de baterías

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Un concepto de “batería cuántica digital” propuesto por un físico de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign podría aportar un dramático impulso dentro del campo de la capacidad de almacenaje de energía—siempre y cuando alcance su potencial teórico una vez construida.

El concepto requiere el uso de miles de millones de condensadores a nanoescala y se basaría en los efectos cuánticos—el extraño fenómeno que ocurre a escalas de tamaño atómico—para impulsar el almacenaje de energía.


Los condensadores convencionales consisten en un par de placas conductoras a macroescala, o electrodos, separadas por un material aislante. Al aplicar voltaje se crea un campo eléctrico en el material aislante, y se almacena la energía. Sin embargo estos dispositivos pueden contener una cantidad de carga limitada, y si se sobrepasa se forman arcos eléctricos que acaban echando a perder la energía almacenada.

Si en vez de esto los condensadores se construyesen como matrices a nanoescala—de forma crucial, con los electrodos separados unos 10 nanómetros (o 100 átomos) entre ellos—los efectos cuánticos suprimirían estos arcos. Durante años los investigadores llevan reconociendo que los condensadores a nanoescala exhiben unos tipos de campos eléctricos inusualmente grandes, lo que sugiere que la diminuta escala de los dispositivo es responsable de la prevención de la pérdida de energía. Sin embargo “la gente no se ha dado cuenta de que un campo eléctrico de gran tamaño significa una densidad eléctrica también grande, y se podría utilizar para un tipo de almacenaje de energía que sobrepasase con creces cualquiera de los métodos que utilizamos hoy día,” afirma Alfred Hubler, el físico de Illinois y autor principal de un estudio en el que se detalla el concepto, de próxima publicación en la revista Complexity.

Hubler afirma que la densidad de energía resultante (la velocidad a la que la energía se puede almacenar o liberar) podría ser varias órdenes de magnitud mayor, y la densidad de energía (la cantidad de energía que se puede almacenar) de dos a 10 veces mayor que la cantidad posible con las mejores tecnologías de litio-ion y otras baterías.

Es más, las baterías cuánticas digitales podrían fabricarse utilizando las tecnologías litográficas de manufactura de chips mediante el uso de materiales de bajo coste y no tóxicos, tales como el hierro y el tungsteno, por encima de un material de silicio, afirma. Los dispositivos resultantes, en un principio, desperdiciarían muy poca o ninguna energía durante la absorción y liberación de electrones. Hubler afirma que podría ser posible construir un prototipo de pruebas de aquí a un año.

Hoy día, sin embargo, las baterías cuánticas digitales son simplemente un concepto de investigación a la espera de recibir la patente. Hubler ha solicitado fondos a la Agencia de Proyecto de Investigación Avanzada de Defensa para desarrollar este prototipo, aunque sin embargo el concepto se enfrenta a varios retos significativos. No está claro que los materiales nanofabricados no se fuesen a descomponer una vez cargados con energía, afirma Joel Schindall, profesor de ingeniería eléctrica en MIT.

Fuente: Technology Review

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