Baterías cuánticas digitales

Alfred Hubler, un físico de la Universidad de Illinois, ha propuesto un nuevo tipo de baterías que podrían almacenar diez veces más energía que las actuales. Basadas en los efectos cuánticos y la nanotecnología, las nuevas baterías -a las que Hubler llama “baterías cuánticas digitales”- podrían exceder el rendimiento de sus pares basados en litio-ion en varias órdenes de magnitud. El secreto de la nueva tecnología consiste en el uso de millones de pequeños condensadores conectados entre sí. ¿Pueden construirse? ¿Realmente serían tan efectivas como cree Hubler?

La sociedad actual es una voraz consumidora de energía eléctrica. Y una buena parte de esa energía proviene de las anónimas baterías que almacenan electrones destinados a hacer posible el funcionamiento de todos nuestros dispositivos móviles. Con miles de millones de aparatos alimentados por baterías dando vueltas por el mundo, cualquier mejora que pueda introducirse en estos elementos es bienvenida. Un físico de la Universidad de Illinois, Alfred Hubler, ha desarrollado el concepto de la “batería cuántica digital”, una nueva clase de dispositivo de almacenamiento que podría representar – siempre y cuando alcance su potencial teórico una vez construida – una verdadera revolución.

El concepto presentado Hubler utiliza miles de millones de condensadores de muy pequeño tamaño, construidos mediante nanotecnología. A tan pequeña escala se producen efectos cuánticos que evitan algunos de los problemas que padecen los condensadores convencionales. En efecto, un condensador consiste básicamente en un par de placas conductoras separadas por un material aislante llamado dieléctrico. Cuando se aplica un voltaje a las placas se crea un campo eléctrico en el material aislante y se almacena la energía. Sin embargo, la cantidad de carga que puede almacenarse en un condensador es limitada, y si se sobrepasan sus límites aparecen arcos eléctricos que consumen la energía almacenada.

Alfred Hubler sostiene que si se reemplaza un condensador macroscópico por una gran cantidad de ellos construidos a nanoescala, con sus placas separadas por solo unos 10 nanómetros -la distancia que ocupan unos 100 átomos-, los efectos cuánticos evitarían la fuga de las cargas almacenadas. “La gente ignora 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,” sostiene Hubler, mientras se prepara para publicar un artículo en el próximo número de la revista Complexity explicando el concepto. Las  baterías cuánticas digitales, como las llama el físico, podrían almacenar entre 2 y 10 veces más energía que las de  litio-ion y entregar la energía de su interior mucho más rápido.

¿Como se podría convertir en un prototipo la idea de Hubler? Bien, él cree que las baterías cuánticas digitales podrían fabricarse a partir de las tecnologías litográficas con las que se fabrican los chips electrónicos en la actualidad. Por supuesto, en lugar de silicio se utilizarían materiales de bajo coste y no contaminantes, como el hierro y el tungsteno. Las baterías resultantes desperdiciarían muy poca (o ninguna) energía durante el proceso de carga y descarga. Hubler cree que podría construir el primer prototipo en algún momento del año próximo. Mientras tanto, ha solicitado fondos a DARPA, la controvertida Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa de los Estados Unidos, para continuar sus investigaciones.

Algunos colegas de Hubler tienen dudas sobre la efectividad de las baterías concebidas por el físico. Joel Schindall, profesor de ingeniería eléctrica en MIT, cree que existe la posibilidad de que los condensadores nanofabricados se descompongan al ser cargados con energía, aunque reconoce que  el concepto tiene su mérito. “Me intriga, y a la vez me provoca cautela, ya que posee varios argumentos legítimos: sabemos que a dimensiones cuánticas, el efecto de almacenaje de energía aumenta considerablemente,” dice Schindall. “Ahora hay que determinar si los supuestos de Hubler son correctos, o si hay otros fenómenos en juego que no se han tenido en cuenta y que podrían interponerse en el camino.”  A la hora de defender sus argumentos, Hubler dice que los elementos diminutos en que basa su concepto no son otra cosa que una variación de los dispositivos microelectrónicos ya disponibles. “Si lo vemos desde el punto de vista de la electrónica digital, se parecen bastante a una memoria FLASH. Si lo observamos desde la perspectiva de un ingeniero eléctrico, son tubos de vacío miniaturizados, como los de las pantallas de plasma. Si hablamos con un físico, son una red de condensadores.” Un “efecto colateral” de estas baterías es que cada nanocondensador podría ser accedido de forma individual, por lo que el dispositivo -quizás- podría utilizarse también para almacenar datos.

Por supuesto, las ideas de Hubler no han salido del papel. El físico aún no ha construido nada. Pero en 2005 un grupo de investigadores coreanos demostraron que los condensadores a nanoescala podían fabricarse, y su batería no es otra cosa que miles de millones de estos funcionando a la vez. Si tiene éxito, quizás podamos ver en el mercado dispositivos similares a una tarjeta de memoria FLASH en la que -a gusto del usuario- una parte de su capacidad se utilizaría para guardar datos y otra para almacenar energía ¿Suena a ciencia ficción? Puede ser. Pero muchos de los inventos que hoy utilizamos de forma rutinaria también sonaban así hace 10 años, y hoy se fabrican de a millones.