En la 14ª Conferencia anual Beyond Lithium celebrada en el Laboratorio Nacional Oak Ridge, la empresa emergente de tecnología de baterías Group1 ha presentado la primera batería de iones de potasio (KIB) del mundo en un formato 18650. Esta tecnología KIB ofrece una densidad energética similar a las baterías de iones de litio, pero supera a estas en capacidad de carga rápida, seguridad, número de ciclos de carga y rendimiento a bajas temperaturas.

Una alternativa viable a las baterías de iones de litio

La KIB utiliza un material catódico especialmente diseñado, el blanco de prusia potásico (KPW), que se desarrolló por primera vez en el laboratorio del profesor JB Goodenough, ganador del premio Nobel. Este material permite una mayor seguridad y sostenibilidad, ya que no contiene cobalto, níquel, cobre ni litio, minerales críticos cuyas cadenas de suministro son vulnerables a las interrupciones.

Compatibilidad y sostenibilidad

Las KIB son compatibles con los sistemas de fabricación existentes, ya que utilizan ánodos, separadores y electrolitos de grafito estándar en la industria. Además, son más económicas que las baterías de iones de litio y no contienen minerales tóxicos ni obtenidos de forma poco ética.

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Rendimiento y seguridad

Las baterías KIB ofrecen una capacidad de carga rápida y una mayor seguridad, ya que sus electrodos son estables en el agua. Uno de los modelos de baterías conservaba su capacidad durante 600 horas de uso y tenía la capacidad de almacenar hasta 10 horas de electricidad.

Desarrollo y distribución

Group1 distribuye actualmente muestras de las KIB a sus socios entre los fabricantes de primer rango y productores de células para fomentar una adopción generalizada. Aunque no están disponibles comercialmente, se espera que estas baterías revolucionen la industria de la energía renovable.

Flexibilidad y sostenibilidad

Las baterías operan mediante reacciones electroquímicas que trasladan iones entre dos electrodos a través de un electrolito. Esta flexibilidad permitió a los investigadores del ORNL desarrollar y probar dos tipos de baterías capaces de convertir el CO2 proveniente de fuentes industriales estacionarias en productos con valor añadido.

Un futuro más sostenible

La llegada de esta batería con iones de potasio marca un nuevo camino hacia una energía más sostenible y renovable. Con su mayor seguridad, capacidad de carga rápida y compatibilidad con los sistemas de fabricación existentes, estas baterías pueden revolucionar la forma en que almacenamos y utilizamos la energía.

Imagen: Group1

En esta ocasión queremos sentarnos a pensar qué podrían tener los celulares del futuro en cuanto a las posibilidades de su hardware.

1. Pantallas flexibles

Fabricantes como LG y Samsung han estado coqueteando con la idea desde hace ya un tiempo. Conforme las pantallas se hacen más y más grandes, vemos que hay un límite en el tamaño en el que es cómodo manejar un smartphone, especialmente.

Por el momento podríamos soñar con smartphones cilíndricos cuya pantalla pudiera desplegarse como un rollo en caso de necesitarlo. Además, podríamos ver un nuevo auge de los llamados ‘flip phones’ o ‘clamshell’, esta vez con pantalla en todo su interior.

2. Nuevas formas de autenticación

Códigos PIN, contraseñas, patrones de desbloqueo, sensores de huellas abajo, detrás o al lado. Estos son los métodos más comunes para autenticarnos en nuestro equipo. Sin embargo, compañías como Qualcomm están desarrollando nuevos sensores de huellas integrados en la pantalla del equipo, basados en el sonar. Así, por medio de ultrasonido sería posible identificar la superficie de cada dedo en particular.

Adicionalmente, otras compañías como Fujitsu están desarrollando tecnología de reconocimiento de iris no invasiva, y así ya tenemos un equipo con cámaras capaces de diferenciar el ojo del usuario. Microsoft también presentó una solución similar en sus recientes equipos Lumia 950 y Lumia 950 XL.

3. Baterías más duraderas

Pareciera que los usuarios nos rendimos ante la duración de la batería de los actuales smartphones. Que estos tengan una autonomía de batería de más de un día suele sorprendernos gratamente. En el futuro, se espera que tengamos mejores duraciones de batería en nuestros smartphones, sin un compromiso grande en el peso o la dimensión de los dispositivos.

Por ejemplo, hay avances en las baterías de iones de aluminio, aunque todavía estas baterías están en una fase inicial. Por otro lado, también hay investigaciones en cómo aumentar el nivel de litio sin que la batería llegue a ser peligrosa, gracias a materiales como el Kevlar.

El desarrollo tanto de la carga rápida inalámbrica como por los conectores USB tipo C permitirá que duremos menos tiempo pegados a la pared, a la hora de cargar los celulares del futuro. Ahora, lo importante es que los fabricantes unifiquen los protocolos, pues por ejemplo, los nuevos Nexus 5X y Nexus 6P no traen la carga rápida de Qualcomm, y por lo tanto no todos los cargadores son compatibles con estos dispositivos.

4. Sensores 3D

Project Tango es uno de los proyectos alternativos de Google. Por el momento consiste en una tableta que tiene varias cámaras que le permiten analizar y entender su entorno. Esta tecnología, que por el momento no se encuentra disponible para los consumidores, podría ser el futuro de la realidad aumentada en los móviles. Además, esto permitiría a personas con discapacidad visual moverse por un espacio que no conoce, mediante comandos de voz.

Por otro lado, en el más reciente Google I/O, la compañía nos presentó su proyecto Soli, que por medio de un pequeño sonar, se podrá interactuar con los dispositivos sin tocarlos. Actualmente, algunos smartphones se pueden controlar a través de gestos en el aire que son captados por medio de cámaras, pero la posibilidad que nos da Soli es increíble, en especial porque nos da un rango de acción gigante, no solo en los celulares del futuro, sino en otro tipo de dispositivos.

5. Nuevos materiales

El grafeno parece ser el próximo material a utilizar en el ámbito de la electrónica de consumo. Desde la fabricación de baterías, que permiten una carga más rápida y mayor concentración de energía por kilogramo, hasta pantallas más resistentes, flexibles y prácticamente irrompibles. Por otro lado, el costo de hacer un equipo con este material sería en teoría menor que el costo actual, lo que haría que la tecnología de punta fuera mas accesible para todos los públicos y la viéramos en los celulares del futuro.

Imágenes: Diana Hlevnjak, RBZst (vía Shutterstock), Google y Samsung. 

A falta de una batería, el Innos D6000 tiene dos baterías. Una de ellas es de 3.520 mAh y la segunda de 2.480 mAh, que juntas suman 6000 mAh, si bien la segunda es la ‘principal’. Gracias a su puerto USB 3.1 tipo C, similar al presente en computadores como el nuevo MacBook o el nuevo Chromebook Pixel, en teoría su carga será rápida.

Por otro lado, el Innos D6000 cuenta con una pantalla de 5,2 pulgadas con resolución Full HD, procesador Snapdragon 615 octa core y GPU Adreno 405. En cuanto a la memoria RAM el equipo cuenta con 3 GB y corre el sistema operativo Android 5.0 Lollipop. Adicionalmente existe una versión del equipo con procesador MediaTek y 2 GB de RAM.

La cámara trasera del Innos D6000 es de 16 megapíxeles y la frontal es de 5 megapíxeles. Lo más interesante del dispositivo, como el de muchos equipos chinos, es el precio, de 1.800 yuanes (~290 dólares o 726.000 pesos) para la versión con Snapdragon 615 y de 1.000 yuanes (~161 dólares o 403.000 pesos) para la versión con procesador MediaTek.

Los diferentes avances frente al uso de la batería en smartphones

Los fabricantes, en los últimos años, nos han mostrado diferentes opciones con las cuales han combatido la poca duración de la batería de los smartphones. Por ejemplo, en cuanto a la capacidad de la batería, además del Innos D6000, existen otras propuestas como el Huawei Ascend Mate 7, que incluso permite cargar otros dispositivos, gracias a su batería de 4.100 mAh.

Otros fabricantes, por su parte, han optado por la carga rápida y permiten que, al paso de unos minutos conectado a la corriente eléctrica, podamos tener varias horas de uso del dispositivo, como en el caso del Samsung Galaxy S6 o el Nexus 6.

Otras soluciones menos visibles han tenido que ver con las mejoras en el software y hardware, con procesadores más eficientes y propuestas como project Volta de Google, que llegaron con Android 5.0 Lollipop.

Imagen: Innos.

La Universidad se encuentra trabajando con Kevlar, un material muy resistente desarrollado por DuPont que es utilizado para chalecos antibalas, entre otras cosas. A través del uso de este material a escala nano, se pueden formar membranas que aíslan los electrodos de la batería de iones de litio. A diferencia de otros materiales resistentes como los nanotubos de carbono, el Kevlar es aislante, no conductor. Esta condición permitiría que las baterías de iones de litio fueran más seguras, y que eventos como los presentados hace un par de años con los Boeing 787 Dreamliner, donde se temía que las baterías integradas en estos aviones podrían provocar incendios en pleno vuelo.

De acuerdo con el artículo de la Universidad de Michigan, las baterías de iones de litio funcionan mediante el desplazamiento de esos iones de un electrodo a otro. Esto crea un desequilibrio de carga. En un ambiente ideal, los electrones no pueden salirse de la membrana entre los electrodos y su actividad se puede aprovechar como energía eléctrica. Sin embargo, si los agujeros en la membrana son muy grandes, los átomos de litio se pueden formar en estructuras alargadas que eventualmente pueden atravesar la membrana. Si estos electrones alcanzan el otro electrodo, se puede crear un cortocircuito, que aparentemente explica lo que sucedió con las baterías en los primeros modelos de Boeing 787 Dreamliner.

El Kevlar sería la respuesta a las baterías con mayor cantidad de litio, de manera segura

Las membranas de Kevlar desarrolladas por la Universidad de Michigan tienen unos poros de 15 a 20 nanómetros, de menor tamaño que las estructuras alargadas formadas por los electrones -que son de 20 a 50 nanómetros- por lo que protegen los electrodos de tener contacto con estas estructuras. Además, debido a la delgadez del material, será posible hacer baterías más delgadas, más seguras y con buena conductividad. La seguridad de estas baterías también tiene que ver con que el Kevlar es resistente al calor, y por ende menos propenso a incendios.

Las investigaciones de la Universidad de Michigan se unen a los esfuerzos de varias empresas privadas que están buscando la solución definita a las baterías, no solo de equipos como los smartphones, sino de cualquier otro dispositivo que pueda requerir una batería como es el caso de los aviones, y por qué no, los automóviles. En todos los proyectos se destaca la búsqueda de la eficiencia de las baterías actuales, y cómo a partir de lo que ya se tiene, se logra una carga más rápida, o una batería con mayor cantidad de litio, desarrollada por la Universidad de Stanford.

Imágenes: Boeing y Universidad de Michigan. 

Los teléfonos inteligentes han sido motores de innovación impresionantes. En alguna medida, gracias a ellos se pudieron realizar inventos importantes como Oculus Rift y los relojes inteligentes. La demanda por smartphones es tan grande que los componentes se redujeron en tamaño sin sacrificar eficiencia y bajaron sustancialmente de precio. Las pantallas táctiles cambiaron el paradigma de interactuar con la computación y las redes celulares le dieron la posibilidad a miles de dispositivos de ser dinámicos y tener actualizaciones en tiempo real.

Pero más allá de todo esto, hay un componente que sigue estático, con simples cambios en su tamaño, más no en su tecnología. La batería sigue siendo ese grillete que no permite a los teléfonos inteligentes –y otras tecnologías como los carros eléctricos– coger velocidad crucero. Y lo raro es que con los presupuestos que tienen las empresas de tecnología en investigación y desarrollo, no haya una que esté rompiendo los paradigmas en este tema.

Con la carrera tan cerrada, ¿se imaginan donde salga alguna empresa a decir que tiene un teléfono inteligente al que le dure la batería cinco días? ‘Game Over’, creería yo; ahí mismo, ganan la competencia. En este momento, todo el mundo está implementando soluciones desde el software. Huawei, por ejemplo, tiene un modo que apaga todos los radios y deja la pantalla en blanco y negro para ahorrar energía. La compañía dice que con este método, la pila del Ascend P7 puede durar 24 horas más.

Sin embargo, estas soluciones solo atacan los síntomas del problema y dejan la enfermedad intacta. Lo que tiene que cambiar es la tecnología de las baterías. Desde que salió el primer teléfono inteligente, la pila tiene el mismo problema: no dura más de un día con un uso promedio. Las baterías sigue siendo de iones de litio, algo que no ha cambiado desde la época de los feature phones. Aunque han mejorado marginalmente, todavía no se ha visto un salto similar al que tuvieron los procesadores o las memorias.

A pesar de estar en un momento plano, en el horizonte se ven varios rayos de sol. Sol, energía, ¿entienden? Mal chiste, pero bueno. De acuerdo con Digital Trends, la compañía StoreDot lanzó un prototipo de batería que se puede cargar totalmente en 30 segundos. Aunque el dispositivo todavía no está listo para el mercado de consumo –como el resto de las tecnologías en este artículo–, es una muestra de los avances que se pueden presentar en este campo.

El camino más directo parece ser la optimización de las baterías de litio. En este momento, las pilas tienen tres componentes: un electrolito que provee los electrones, un ánodo que los distribuye a los equipos y un cátodo que los vuelve a recibir. El problema es que solo el electrolito está hecho de litio, mientras que las otras partes son fabricadas de materiales como silicio y grafito. Para lograr un salto importante, los investigadores quieren fabricar el ánodo de litio también. Esto implicaría grandes aumentos en eficiencia y en tamaño, algo fundamental para el desarrollo de las pilas.

Los investigadores de Stanford han dicho que están cerca de crear una batería con estas características. Se dice que las baterías podrían tener tres veces más duración que las actuales, según un reporte de Forbes.

Otro de los adelantos que están en el horizonte son las baterías de grafeno. Techradar dice que el gobierno de Inglaterra ha destinado unos 35 millones de dólares para la investigación con este material. Vorbeck Materials está trabajando en varios productos para el mercado de consumo masivo, aunque todavía no hay ninguno listo. Este material es mucho más eficiente y tiene un tiempo de recarga mucho menor. Además es flexible, algo fundamental para los dispositivos curvos que están saliendo al mercado.

Una de las soluciones alternativas es recolectar el calor y la energía del cuerpo para cargar nuestros dispositivos. Aunque suene un poco a concepto de ciencia ficción, un equipo de investigadores en Corea tiene un generador termoeléctrico tan pequeño y liviano que se puede integrar en cualquier vestible. Según phys.org, el generador es como una placa de vidrio que se puede pegar al cuerpo y adoptar su figura. De esta forma, empieza a recolectar el calor del cuerpo para transformarlo en energía que podría usarse para cargar el dispositivo móvil.

También hay soluciones que buscar abordar el problema desde otra prespectiva. Wysips Crystal quiere poner una delgada filmina dentro de la pantalla del celular o tableta para cosechar la luz solar y generar poder de ella. La solución parece relativamente sencilla. Debajo de la pantalla táctil se pone una capa capaz de convertir la luz solar en energía. “Ahora mismo el sistema puede generar […] unos dos a cuatro minutos de uso por cada 10 minutos de exposición al sol”, dijo un vocero de la compañía en Techradar. Apenas para una emergencia, ¿no?

Imagen: AtomicBHB (vía Shutterstock), Wysips Crystal (vía Tumblr).