Óxido sólido para crear baterías más duraderas

El uso de drones se ha popularizado cada vez más, debido a su gran potencial en áreas muy dispares. La posibilidad de desplazarse rápidamente sobre terrenos irregulares o de difícil acceso, ofreciendo imágenes a vista de pájaro, son su bazas más atractivas. Sin embargo, su principal inconveniente es la pequeña capacidad de la batería, lo que limita el tiempo de vuelo a menos de una hora.

Todo un desafío al que se enfrenta también el resto de dispositivos electrónicos que nos rodea en esta era tecnológica. En busca de alternativa a las tradicionales baterías de iones de litio para ganar autonomía, un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), en Corea del Sur, ha desarrollado una pila de combustible de óxidos sólidos (SOFC).

Según detalla la universidad en un comunicado, los logros del proyecto van más allá de lo esperado a tenor de las pruebas realizadas, pues no sólo se puede aplicar a pequeñas pilas de combustible para teléfonos móviles, ordenadores portátiles o drones, sino también a baterías de gran capacidad aptas para vehículos eléctricos.

Las SOFC, conocidas como pilas de combustible de tercera generación, están siendo importante objeto de estudio por su estructura simple, exenta de problemas de corrosión o de pérdida de electrolito. Su función es convertir el monóxido de carbono o hidrógeno en electricidad por la migración de iones de oxígeno a través de un electrolito cerámico sólido.

Acero inoxidable poroso

Mucho han cambiado las pilas de combustible desde los primeros diseños. Fue el abogado londinense Sir William Robert Grove quien demostró a mediados del siglo XIX que se podía obtener energía a partir de la reacción electroquímica entre el hidrógeno y el oxígeno. En este caso la batería de gas estaba compuesta por cuatro celdas electroquímicas, cada una con un electrodo con hidrógeno y oxígeno separados por un electrolito.

Este último compuesto es el que ha permitido desde entonces que existan diferentes tipos de pilas. Dependiendo del electrolito varía la reacción química que se produce y, por tanto, las propiedades y aplicaciones de la pila.

En los últimos tiempos lo tradicional era el uso de silicio como componente principal, al tratarse del material más utilizado en micro fabricación. Sin embargo, el estudio del profesor Gyeong Man Choi y su equipo, publicado en la revista Scientifc Report, ha demostrado una rápida degradación o poca durabilidad, por lo que no es apto para el uso en dispositivos que requieren un encendido y apagado rápido.

Por el contrario, el nuevo diseño combina por primera vez acero inoxidable poroso, un material térmica y mecánicamente fuerte y muy estable a las reacciones de oxidación/ reducción, con un electrolito de película delgada y electrodos con capacidad calorífica mínima. De esta forma se consigue incrementar de forma simultánea tanto el rendimiento como la durabilidad.

El resultado es una pila de combustible que el equipo de investigación confía poder adaptar tanto a dispositivos electrónicos portátiles como aviones no tripulados, al requerir ambos una alta densidad de potencia y un rápido encendido/apagado. En concreto, calculan que los drones podrán volar más de una hora, reduciendo la necesidad de carga de los teléfonos móviles a una vez a la semana. Paralelamente esperan poder desarrollar pilas SOFC de gran tamaño y bajo coste que sirvan como fuente de alimentación para la próxima generación de automóviles.

Combustible de hidrógeno

La universidad coreana se suma así a la investigación para conseguir mayor autonomía en los drones, reto en el que trabaja también la compañía de tecnología energética británica Intelligent Energy. En este caso el estudio se centra en un prototipo de pila de combustible de hidrógeno, con la que garantizan varias horas de vuelo y rapidez de recarga.

Según explica la compañía en un comunicado, combinando esta pila ultra ligera con una batería, se puede pasar de los 20 minutos de vuelo habituales en la actualidad a varias horas. Además, asegura una reducción significativa del tiempo de inactividad requerido para la recarga entre vuelos de entre una y dos horas a una media de dos minutos.

Durante los últimos 14 meses han realizado pruebas con drones equipados únicamente con sus pilas de hidrógeno y otros con un híbrido que combinaba una batería clásica. En ambos casos se consiguieron grabaciones con una imagen estable y sin interrupciones, una característica crítica para el uso del drone comercial.

El prototipo se presentó recientemente en el CES 2016 de Las Vegas, la feria de electrónica de consumo de mayor relevancia a nivel mundial, donde consiguió una buena aceptación por parte de potenciales clientes. Allí demostraron su potencial no sólo enfocado a drones sino a todo tipo de dispositivos electrónicos de pequeño tamaño.