Las limitaciones de las baterías químicas
Las tradicionales baterías químicas que utilizamos a diario presentan una serie de limitaciones muy difíciles de evitar. Entre las más importantes están su vida útil, reducida a pocos años, y que solo pueden trabajar de forma satisfactoria dentro de un rango muy limitado de temperaturas y presiones atmosféricas. Peter Cabauy, de City Labs Inc., decidió estudiar nuevos tipos de materiales y encontró en el Tritio un material que permite obtener baterías seguras, que no se ven afectadas por los factores atmosféricos y que, como gran sorpresa, son capaces de funcionar durante 20 años o más. Por supuesto, hablamos de Tritio, un material radiactivo que ofrece vida a estas nuevas baterías betavoltaicas.
El reto de las aplicaciones militares
Durante décadas, muchos investigadores reconocieron la necesidad de una fuente de energía de larga vida útil, en especial cuando los consumos no fueran elevados ni considerables. Por citar un ejemplo, podemos hablar de una aplicación militar en vehículos aéreos no tripulados. Toda la información que se intercambia entre la estación base y el UAV (Unmanned Aerial Vehicles) debe estar cifrada, y estas claves de cifrado requieren un elevado nivel de seguridad. Estos sistemas, por lógica, funcionan con baterías y para este objetivo siempre se ha apelado a las del tipo botón o moneda (basadas en Litio). Sin embargo, su rendimiento resulta muy pobre en situaciones como volar por momentos a más de 10 mil metros de altura, con temperaturas cercanas a los 60°C bajo cero (-60°C), para luego descender y pasar a volar a baja altura sobre el abrasador calor del desierto. A pesar de que City Labs no logró obtener avances en materia de innovación con desarrollos químicos que permitieran alcanzar el objetivo, los investigadores de la compañía decidieron avanzar con un tipo de batería basada en la tecnología betavoltaica, una investigación de la que se habló en su momento, aquí en NeoTeo.
Cómo funcionan las baterías betavoltaicas
Para quienes no lo saben, las baterías betavoltaicas operan a través de radioisótopos y lo hacen como si fuera una célula fotovoltaica. Estas baterías absorben la radiación, pero en lugar de hacerlo desde la luz solar, la radiación proviene de una fuente física que emite electrones. "Sobre el calor, el frío, la lluvia o el sol, este combustible está siempre trabajando, emitiendo electrones", expresó Cabauy. "Además, es un sistema capaz de resistir cambios bruscos de temperatura y puede durar 20 años funcionando o más". La idea de utilizar energía por radioisótopos en las baterías existe desde mediados del siglo pasado, pero los intentos anteriores empleaban radioisótopos de alta energía y los electrones terminaban por destruir todos los sistemas de semiconductores sobre los que actuaban. En esta ocasión, City Labs se centró en el Tritio como fuente de radiación, ya que este material es uno de los radioisótopos más benignos, es decir, el menos perjudicial.
"Utilizando como material fundamental el Tritio, los electrones beta son los menos poderosos, y hasta una hoja de papel podría detenerlos", afirma Cabauy. "Esto es excelente para mantener los mejores márgenes de seguridad, pero es complicado conseguir una energía suficiente como para alimentar circuitos electrónicos y para lograr una recuperación útil a partir del “bombardeo” del semiconductor utilizado para capturar los electrones y formar así la batería (el formato de circuito integrado no es casual) "
Entre 2006 y 2008, el equipo se centró en el desarrollo de la estructura de los semiconductores y después logró las licencias reglamentarias. Estas licencias certifican la seguridad del producto y son necesarias para que cualquier persona, sin conocimientos previos sobre radiación, pueda comprar y utilizar estas baterías sin riesgo alguno. Para alcanzar este objetivo, City Labs se asoció con Lockheed Martin, que estaba interesado en estos dispositivos para sus aplicaciones militares, con la necesidad de obtener baterías que puedan trabajar entre -50°C y +150°C.
Aplicaciones médicas y nuevas posibilidades
Más allá de las aplicaciones militares, City Labs encuentra posibles aplicaciones en el campo de la medicina. "Imaginemos a una empresa médica buscando supervisar el nuevo crecimiento de un tumor. Las baterías convencionales de tipo botón, ubicadas dentro de un sensor, tendría que ser reemplazadas con reimplantes cada seis meses. Con este desarrollo, las baterías de tritio pueden durar décadas ", aseguró entusiasmado Cabauy. Gracias al lanzamiento de este producto en forma comercial, las aplicaciones de microelectrónica o el reemplazo de baterías en lugares de difícil acceso son una realidad que transformará muchas áreas antes dominadas por las baterías tipo botón o moneda. El modelo P100 (foto de cabecera del artículo) es capaz de alimentar, por ejemplo, dispositivos de tecnología nanoWatt de forma continua durante 20 años o más, en sistemas embebidos. Las etiquetas RFID, los RTC (Real Time Clock), las memorias SRAM, los microcontroladores o la microelectrónica del tipo ASIC o FPGA, encontrarán en estas baterías una fuente energética ideal para un funcionamiento que, en muchos casos, puede superar las expectativas de la aplicación. En NeoTeo teníamos la noticia de que se estaban elaborando estas baterías betavoltaicas; hoy sabemos que, gracias a City Labs y el Tritio, son una realidad comercial.
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