Crean una batería transparente que se recarga con luz solar

La batería de iones de litio, también denominada Li-Ion, ha dominado desde su aparición el mercado de la electrónica de consumo, convirtiéndose en pieza clave de la mayoría de teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tabletas y otros dispositivos que nos rodean. Su uso se popularizó frente a otras especialmente por la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, así como por la posibilidad de operar con un elevado número de ciclos de regeneración.

Sin embargo, no es el sistema perfecto para el almacenaje de energía, por lo que sigue siendo un reto aumentar su duración o mejorarla de algún modo. En ello ha estado inmerso en los últimos años un equipo de investigadores de la Universidad Kogakuin, en Japón, que ha desarrollado con éxito una batería de iones de litio que no sólo es casi transparente, sino que además se puede recargar con luz solar.

Según un artículo publicado en Techxplore, el proyecto comenzó hace apenas cuatro años en el seno de la Universidad de Stanford (EEUU), donde consiguieron crear una batería de iones de litio que era a la vez casi transparente y flexible. El equipo de Japón ha estado trabajando desde entonces con la nueva tecnología, presentando hace dos años su propia batería casi transparente que se recargaba con un panel solar externo. Ahora, han mejorado el sistema hasta permitir que se recargue por sí misma cuando se expone a la luz del sol.

El equipo, liderado por Mitsunobu Sato, profesor de Física Aplicada y rector además de la Universidad Kogakuin, ha mostrado su tecnología al mundo en Innovation Japan 2015, una feria recién celebrada en Tokio donde se presentaron los objetivos de la investigación y los posibles beneficios que su aplicación traerá consigo.

Célula fotovoltaica

El reto del proyecto era utilizar los mismos materiales de uso general en cualquiera de las baterías de ion de litio que dominan los teléfonos móviles y ordenadores portátiles actuales. Y así lo hicieron, reajustando el litio-ferrofosfato para el electrodo positivo y titanato de litio y hexafluorofosfato de litio para el electrodo negativo, por lo que la tecnología resultante no supone un coste añadido.

Como recoge un artículo en Nikkei Technology, la diferencia está en los óxidos, que son básicamente transparentes, y en los espesores de los electrodos positivo y negativo, que se reducen a 80 nm y 90 nm respectivamente para alcanzar una alta transmisión de luz. Como consecuencia, cuando la batería se expone al sol se opaca ligeramente, hasta aproximadamente un 30 por ciento de intensidad, reduciendo así la cantidad de luz que se filtra. El resultado es un aumento de la transmisión de luz aproximadamente al 60 por ciento y un voltaje de salida de 3.6V.

De este modo la batería actúa como una célula fotovoltaica, que a su vez funciona según un fenómeno físico básico denominado efecto fotoeléctrico. Según este, cuando un número suficiente de fotones impacta en una placa semiconductora, pueden ser absorbidos por los electrones que se encuentran en la superficie. Esa absorción de energía adicional permite a los electrones (cargados negativamente) liberarse de sus átomos y empezar a moverse, dejando espacios libres que ocupan otros.

Como resultado, una parte de la lámina tiene mayor concentración de electrones que la otra, lo que origina voltaje entre ambos lados. Al unir ambos lados con un cable eléctrico, los electrones fluyen de un lado al otro de la lámina, creando lo que se conoce como corriente eléctrica.

Concretamente en la feria tecnológica, el grupo mostró los resultados de un experimento en el que la carga y descarga óptica se repiten cinco veces mediante la aplicación de una luz ultravioleta cercana con una potencia de 10 mW / cm2, que equivale aproximadamente a 1/10 de luz solar.

Aplicaciones

Los investigadores plantean el uso de sus baterías transparentes de carga solar como ventanas "inteligentes" para casas u oficinas, que no sólo se oscurecerían automáticamente, sino que también se aprovecharían como dispositivo de captura y almacenamiento de energía de gran superficie para diferentes aplicaciones. Incluso no descartan su llegada en algún momento a la electrónica de consumo, con pantallas o incluso carcasas enteras fabricadas del mismo material, permitiendo el uso de teléfonos, tabletas y otros dispositivos al aire libre o bajo otro tipo de iluminación.

De momento continúan haciendo pruebas para asegurar su buen funcionamiento. Hasta ahora el prototipo ha superado un ciclo de 20 cargas y descargas, quizá una cantidad algo insuficiente para las exigencias del uso diario. Para hacernos una idea, las baterías de iones de litio actuales duran alrededor de 1.000 ciclos.