En la actualidad, para la gran mayoría de las personas tener dispositivos móviles se ha convertido en una necesidad. No los usamos solo para comunicarnos a través de llamadas, textos, y una infinita variedad de plataformas y redes sociales, sino que también nos ayudan a encontrar direcciones, escuchar música, ver videos, leer, o divertirnos con algún juego.
Por supuesto, una de las mayores frustraciones se presenta cuando el dispositivo se queda sin batería. Afortunadamente, parece que cada vez se desarrollan más soluciones para este persistente problema. Y ahora, un nuevo material que podría cargar una batería en cuestión de segundos, llega por parte de un equipo de investigadores de la Universidad de Drexel.
La clave es MXene, un material bidimensional que consta de dos partes: un hidrogel -es decir, un gel con un componente líquido de agua- y un óxido metálico. La estructura de este material es lo suficientemente densa como para ofrecer protección contra la radiación y filtrar el agua, como lo demostró el equipo de investigación de Drexel hace algunos años. Pero también es altamente conductivo, lo que lo convierte en un buen candidato para las membranas de baterías.
Eso se debe a la composición química de MXene, que optimiza el flujo de electrodos, que son las áreas donde la energía se almacena en las baterías para que éstas se carguen. Según explican, las baterías contienen iones en los puertos denominados «sitios redox activos» para mantener una carga, y el número de puertos presentes en una batería es directamente proporcional a la cantidad de carga que puede contener.
A diferencia de las membranas de batería de hoy, que tienen caminos limitados para que los iones lleguen a los puertos, MXene crea caminos múltiples para que los iones viajen. Y la conductividad naturalmente alta de MXene ayuda a mover los iones rápidamente, acelerando la tasa de recarga efectiva.
«En las baterías tradicionales, los iones tienen un camino tortuoso hacia los puertos de carga de almacenamiento, lo que no sólo disminuye la velocidad de todo, sino que también crea una situación en la que muy pocos iones realmente llegan a su destino a tasas de carga rápida», explicó Maria Lukatskaya, parte del equipo de investigación. «La arquitectura de electrodos ideal sería algo así como los iones que se mueven a los puertos a través de múltiples vías, en “carreteras” de alta velocidad, en lugar de tomar vías de un solo carril. Nuestro diseño de electrodo macroporoso alcanza este objetivo, que permite una carga rápida, estamos hablando de unos segundos o menos».
El resultado final podría ser una batería que tarda «decenas de milisegundos» en recargarse completamente, en lugar de minutos u horas. Yuri Gogotsi, Profesor de Ciencias de Ingeniería, dijo que la aplicación de MXene en el mundo real podría conducir a mejores baterías de dispositivos portátiles y hasta baterías de automóviles eléctricos.
«Si empezamos a usar materiales de baja dimensión y conductores electrónicos, como electrodos de batería, podemos hacer que las baterías funcionen mucho, pero mucho más rápido que hoy», dijo. «Eventualmente, la apreciación de este hecho nos llevará a las baterías de automóviles, de computadoras portátiles y de teléfonos celulares, capaces de cargarse a velocidades mucho más altas, es decir, segundos o minutos en vez que horas”.
Aunque MXene no está comercialmente viable todavía, Gogotsi piensa que tomará unos tres años para que pueda implementarse a algunos productos fabricados en masa, y el equipo está comprometido a explorar nuevas aplicaciones a corto plazo.
