Azure Quantum Elements, es un sistema creado por Microsoft que tiene como objetivo acelerar el descubrimiento científico con el poder de la inteligencia artificial, la computación en la nube y, eventualmente, las computadoras cuánticas a gran escala. 

El gigante tecnológico aseguró que meses atrás demostraron una selección masiva de materiales candidatos.  “Sabíamos que mostrar lo que podría ser posible no es lo mismo que demostrar que la tecnología podría identificar algo nuevo y novedoso que podría sintetizarse”, asegura. 

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La nueva tecnología con huevos modelos de IA examinó digitalmente más de 32 millones de materiales potenciales y encontró más de 500.000 candidatos estables.

Luego de esta identificación, Microsoft Quantum se asoció  con el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía,  y  aplicaron la IA avanzada junto con la experiencia del PNNL para identificar un nuevo material, desconocido no presente en la naturaleza, con potencial para baterías que ahorren recursos. 

No solo eso, los científicos del PNNL sintetizaron y probaron este material candidato desde la materia prima hasta un prototipo funcional, demostrando sus propiedades únicas y su potencial para una solución de almacenamiento de energía sostenible, utilizando significativamente menos litio que otros materiales anunciados por la industria.

El nuevo descubrimiento es importante, ya que por un lado, se supone que las baterías de estado sólido son más seguras que las tradicionales baterías de litio líquidas o en forma de gel y proporcionan más densidad de energía. El litio ya es relativamente escaso y, por tanto, caro. La minería es ambiental y geopolíticamente problemática. 

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Por otro lado, crear una batería que pueda reducir los requisitos de litio en aproximadamente un 70% podría tener enormes beneficios ambientales, económicos y de seguridad.

Microsoft Quantum señala que  esta experiencia científica e inteligencia artificial será lo que comprimirá los próximos 250 años de innovación en química y ciencia de materiales en los próximos 25, transformando todas las industrias y, en última instancia, abriendo una nueva era para el descubrimiento científico.

Imagen: jroballo

La razón de la presión para extraer este elemento de la tierra con más apuro, es que ahora los vehículos (híbridos o eléctricos) usan este tipo de baterías recargables para su funcionamiento. Esto quiere decir que entonces es necesario sacar más litio para hacer más baterías. Esto se explica fácilmente, porque la batería de un teléfono celular (como el que tú o yo usamos) contiene un par de gramos del elemento, pero la batería de un vehículo eléctrico contiene 10 kg de litio.

No hay duda que los vehículos eléctricos van a revolucionar la forma en la que nos movilizamos, pero también van a aplicar una presión inusitada sobre el elemento. De acuerdo con los cálculos, para este año 2022 los humanos vamos a consumir alrededor de medio millón de toneladas métricas de litio, pero al ritmo de la exigencia de los nuevos dispositivos, se espera que para el año 2035, la demanda de litio aumente a al menos 3,7 millones de toneladas.

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¿Se acabará el litio?

La verdad es que sí, el detalle es el cuándo. Como todos los elementos presentes en la tierra, el litio no es infinito y sus reservas podrían agotarse. Obviamente, esto depende de la forma en la que lo explotemos. Para ponernos en contexto, al ritmo actual, y una vez que los vehículos eléctricos sean lo más común en el mercado, en aproximadamente 70 años consumiremos las reservas globales conocidas. Después de esto se tendría que recurrir a extraer el litio del mar, por supuesto con un costo mucho más elevado. Así que el plan de tener una economía más amigable con el medio ambiente y la desaceleración del cambio climático implica que se debe resolver este tema del suministro de litio.

¿Y si reciclamos?

Muchas empresas como Apple y Tesla está muy comprometidas con el reciclaje de las baterías recargables de sus dispositivos. Sin embargo, los datos de McKinsey & Company revelan que el nivel de litio que proviene del reciclaje es muy bajo y no se proyecta que conseguir todo mucho mejor para 2030. Así que el reciclaje puede ser una opción, pero pasa por el compromiso de las empresas fabricantes, implementarlo como política de producción.

Imagen: John Cameron en Unsplash

Por esa razón, llevamos muchos años buscando alternativas que sean amables con el medio ambiente y que nos permitan disfrutar de la vida moderna y sus altos gastos de energía, sin problema.

Recientemente, unos investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder (Estados Unidos) publicaron un estudio en la revista científica Joule, en el que hablan de dos baterías de bajo costo y alto rendimiento, hechas con un material acuoso llamado flujo de redox, que usan cromo y agentes aglutinantes orgánicos para conseguir un voltaje y una eficiencia altas.

Estas baterías tienen una capacidad de almacenamiento escablable muy alta, que les permite, a futuro, servir para almacenar energía eólica y solar, lo que reduciría la dependencia de las empresas de combustibles fósiles, a un bajo costo que no dan las baterías de iones.

Las baterías de iones no son una solución

Aunque actualmente las baterías de iones de litio son las de mejor rendimiento para el almacenamiento de energía, y por eso se usan en celulares, computadores, tabletas y hasta en carros eléctricos, tienen el problema de que son muy propensas a incendiarse por problemas de fábrica, debido a que se usan electrolitos orgánicos líquidos, que son altamente inflamables, como explica un artículo de Phys.org.

Además, se necesitarían millones de baterías de litio para proveer de energía a una pequeña central eléctrica durante una hora, cuando la luz solar ya no esté disponible, de acuerdo con el profesor asistente del departamento de química de la Universidad de Colorado y autor principal del estudio sobre las baterías de flujo de redox, Michael Marshak, citado por Science Daily.

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Marshak explica que el problema con las baterías de iones de litio es que no escalan bien. Además, si bien una solución para que no se incendien es pasar de electrolitos líquidos a sólidos, que son menos inflamables, “mientras más material sólido se agregue, más resistencia se agregará”, señala Marshak. Esto se traduce en que, para un mayor consumo de energía, se necesitarán más baterías, lo cual no es rentable.

Por eso, las baterías de flujo de redox son más prometedoras, porque mantienen sus ingredientes activos separados en grandes tanques, lo que les permite distribuir la energía más eficientemente, similar a lo que pasa en un automóvil, que tiene una combustión estable cuando se presiona el acelerador.

Lo tenían en sus narices

Aunque anteriormente se habían hecho estudios similares con baterías químicas, se rechazaron porque, al usar quinonas como electrodos, descubrieron que no eran solubles en agua y decidieron descartarlas. Pero los expertos de la Universidad de Colorado en Boulder decidieron hacer un nuevo análisis y descubrieron que, al combinar agentes aglutinantes orgánicos (también conocidos como quelatos) con iones de cromo, se logra estabilizar un electrolito potente.

Eso se da porque los quelatos crean un ‘escudo’ alrededor de los iones de cromo, lo que impide que el agua obstaculice el reactivo y permite, de esta forma, que las celdas de la batería se dispersen a 2,13 voltios, casi el doble del promedio operacional para una batería de flujo.

Además, lograron estos resultados con un pH relativamente neutro, de nueve, diferente a otras baterías que tienen ácidos altamente corrosivos, lo que hace que sea difícil de trabajar con ellos y es difícil desecharlos de manera responsable. Eso los hace más parecidos a un detergente para ropa, como explica otro autor principal del estudio, Brian Robb, estudiante de doctorado del departamento de ingeniería química y biología de la Universidad de Colorado.

Otro material para las baterías del futuro

Además, un grupo de investigadores de la Universidad Católica de Lovaina (Valonia, Bélgica), cuyo trabajo fue publicado en la revista Chem, descubrió un material que también podría servir para fabricar las baterías del futuro, que serán eficientes y menos dañinas para el medio ambiente.

Se trata de LiTi o LTPS (silicona policristalina de baja temperatura), que, gracias a su estructura cristalina única, tiene el coeficiente de difusión de litio más alto que se haya medido en un sólido. Eso abriría nuevas perspectivas en los conductores de iones de litio para almacenar energía eólica y fotovoltaica, reduciendo su problema de combustión, lo que también abre un camino para la búsqueda de más materiales con mecanismos similares de difusión, como explica un artículo publicado en la página de la Universidad Católica de Lovaina.

Imágenes:Universidad Católica de Lovaina, Rick_Jo, Petmal