Innovaciones en baterías para notebooks: duración y portabilidad

Las crecientes necesidades de movilidad han impulsado la innovación tecnológica de las baterías, llevando al desarrollo de soluciones más eficientes y duraderas. Este desarrollo ha sido fundamental para lograr mejoras de portabilidad en el diseño de las notebooks, así como avances importantes en la optimización del rendimiento: capacidad de carga más rápida, dimensiones reducidas y menor peso.

Para entender mejor el futuro, echemos un vistazo a la evolución histórica de las baterías, hasta llegar a las últimas innovaciones que están mejorando la experiencia del usuario.

Evolución de las baterías: desde el ácido-plomo hasta los iones de litio

¿Qué sería de nosotros sin las baterías? Desde el control remoto de electrodomésticos, teléfonos inteligentes y notebooks hasta los vehículos eléctricos, las baterías son esenciales para el funcionamiento de nuestra vida moderna. ¿Sabías que empezamos a desarrollar la tecnología de las pilas hace más de 200 años? Echa un vistazo al siguiente resumen:

Primeras baterías recargables de ácido-plomo: en 1859, el físico francés Gaston Planté inventó la batería de plomo-ácido, considerada la primera batería recargable. Este invento allanó el camino para las baterías de bajo costo y alta corriente de choque, y el diseño general y la disposición de las celdas aún se pueden encontrar en las baterías de plomo-ácido de hoy en día.

Aplicaciones:

• Automóviles: se utilizan como baterías de arranque para vehículos con motor de combustión interna ya que pueden proveer la intensidad de corriente necesaria durante un corto periodo de tiempo.

• UPS: las baterías de plomo-ácido se utilizan para proporcionar energía de reserva en caso de fallo de la alimentación principal.

• Sillas de ruedas eléctricas: Estas baterías se utilizan mucho en sillas de ruedas eléctricas por su gran capacidad de corriente y su precio comparativamente bajo.

Baterías de níquel cadmio: Waldemar Jungner, un ingeniero sueco, fué quien inventó la batería de níquel-cadmio (NiCd) en 1899. Al igual que las baterías de plomo-ácido, los prototipos contenían «celdas húmedas», es decir, utilizaban un electrolito líquido en lugar de ácido.

Este diseño podría utilizarse de forma continua y era extremadamente duradero. Independientemente de Jungner, Thomas Edison desarrolló la misma tecnología en 1901, utilizando electrolitos alcalinos en lugar de ácido. No obstante, en 1947 se introdujeron nuevas mejoras mediante la absorción de los gases producidos durante la carga, lo que dio lugar a la moderna pila sellada de NiCd.

Estas baterías pueden soportar un gran número de ciclos de carga y descarga y tienen una larga vida útil. Sin embargo, debido al "efecto memoria" y a la presencia del peligroso cadmio, han sido sustituidas en gran medida por alternativas más respetuosas con el medio ambiente.

Aplicaciones:

• Durante muchos años, las baterías de NiCd han sido las preferidas para radios bidireccionales, equipos médicos de emergencia, cámaras de vídeo profesionales, así como herramientas eléctricas.

• La batería de níquel-cadmio estándar sigue siendo una de las más robustas y la industria aeronáutica se mantiene fiel a este sistema; pero requiere un cuidado adecuado para lograr su longevidad.

Baterías alcalinas: si bien la tecnología se había inventado medio siglo antes, los diseños de Jungner y Edison no se difundieron a gran escala hasta la década de 1950, cuando el ingeniero canadiense Lewis Urry inventó la batería de dióxido de zinc-manganeso. Urry descubrió que el óxido de manganeso y el zinc en polvo mezclados con una sustancia alcalina podían aumentar enormemente la vida útil de las pilas.

Esta moderna batería alcalina fue adoptada por los consumidores estadounidenses que buscaban pilas más duraderas para alimentar la moda del momento: las radios de transistores. De hecho, actualmente están disponibles en una amplia variedad de tamaños para adaptarse a la mayoría de las aplicaciones.

• Las pilas alcalinas son ampliamente utilizadas en controles remotos de televisores, equipos de sonido y aires acondicionados.

• Una gran cantidad de juguetes electrónicos, desde los autos a control remoto hasta las muñecas interactivas dependen de pilas alcalinas para su funcionamiento.

• Tradicionalmente se utilizan para energizar linternas y otros dispositivos de iluminación portátil.

Hidruro metálico de níquel: a principios de los años 90, el científico Stanford Ovshinsky desarrolló la batería de níquel e hidruro metálico (NiMH) que utilizaba una aleación absorbente de hidrógeno en lugar del tóxico cadmio en su proceso de fabricación. Esto no solo hizo que las baterías de NiMH fueran más respetuosas con el medio ambiente, sino que también aumentó su densidad energética: las pilas de NiMH tienen entre 2 y 3 veces más capacidad que las de níquel-cadmio de tamaño similar. 

Esta capacidad, unida a su larga vida útil, durabilidad, alta potencia y capacidad de carga rápida, abrió la puerta al uso de las pilas en nuevas áreas como las herramientas eléctricas y los primeros autos híbridos.

Las baterías de NiMH tienen una mayor densidad energética que sus predecesoras, las baterías de níquel-cadmio (NiCd). Además, a diferencia de las pilas de NiCd, las de NiMH no sufren el «efecto memoria», lo que significa que pueden mantener su capacidad sin necesidad de ciclos completos de descarga.

Aplicaciones:

• Herramientas eléctricas. Se utilizan en herramientas eléctricas inalámbricas que requieren mucha corriente. Proporcionan la potencia necesaria para los motores y pueden recargarse, lo que reduce la necesidad de sustituirlas con frecuencia.

• Sistemas de iluminación de emergencia. Las baterías de NiMH son una opción popular para los sistemas de iluminación de emergencia, donde la disponibilidad y el rendimiento continuos son fundamentales debido a su capacidad de recarga.

• Autos híbridos. Este tipo de baterías se adaptan bien a las necesidades energéticas de los vehículos híbridos, ya que ofrecen un buen equilibrio entre rendimiento, densidad energética y asequibilidad.

Baterías de iones de litio: no pasó mucho tiempo para que un invento aún más potente, compacto y duradero desbancara a las baterías de NiMH. En 1991, Sony presentó la primera batería comercial de iones de litio, que se convirtió en un éxito de la noche a la mañana. En 2019, el Premio Nobel de Química fue concedido a tres científicos por el desarrollo de una tecnología que cambió el mundo: John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino.

Las baterías de iones de litio son actualmente las más utilizadas para almacenar electricidad, proporcionando una valiosa estabilidad a la red para diversas fuentes de generación de energía renovable. También se encuentran en muchas aplicaciones, desde dispositivos portátiles como: notebooks, teléfonos inteligentes, tabletas, herramientas eléctricas y cámaras, hasta los populares vehículos eléctricos.

Además, el azufre es asequible y abundante, así que podría abaratar los costos. Y como el proceso de fabricación de estas baterías es el mismo que el de las de iones de litio, podrían utilizarse las mismas instalaciones para su producción.

Baterías de estado sólido: mayor seguridad, densidad energética y vida útil

Las baterías de iones de litio utilizan un electrolito líquido que permite que los iones se muevan entre los electrodos. El electrolito suele ser un compuesto orgánico que puede incendiarse si la batería se sobrecalienta o se sobrecarga.

Para reducir este riesgo, los investigadores han desarrollado una alternativa en forma de baterías de estado sólido. Éstas utilizan un electrolito inorgánico sólido (generalmente de cerámica, vidrio, polímero sólido o sulfito) capaz de resistir entornos difíciles y grandes fluctuaciones de temperatura.

Además de reducir el riesgo de ignición, las baterías de estado sólido son más eficientes y ofrecen más potencia en baterías del mismo tamaño. Como resultado, las baterías podrían ser más compactas, cargarse más rápido y pesar menos.

Tecnologías emergentes - Uso de Grafeno

Las baterías de grafeno consisten en cátodos formados por un híbrido de materiales de estado sólido y grafeno, que es una capa de átomos de carbono dispuestos en una estructura de panal. Una lámina es tan fina que prácticamente se considera una estructura bidimensional. Esta propiedad única lo hace muy adecuado para la producción de baterías, ya que también tiene una excelente conductividad eléctrica, bajo peso y sólida estructura física.

Las baterías de grafeno se consideran una mejora importante y se espera que remodelen la industria de los vehículos eléctricos en la próxima década. Además, los dispositivos de uso cotidiano, como teléfonos inteligentes y notebooks, también podrían equiparse con estas baterías para mejorar su rendimiento.

Impacto de la evolución de las baterías en las notebooks de última generación: autonomía, movilidad y productividad

Los investigadores han seguido desarrollando baterías más eficientes, seguras y duraderas que las de iones de litio. Una de las últimas tecnologías son las baterías de grafeno, que prometen cargarse más rápido, durar más y ser más seguras. Esto las hace ideales para su uso en notebooks, ya que pueden proporcionar una mayor duración sin añadir peso ni volumen al dispositivo. Esto es especialmente conveniente para los usuarios que están en movimiento e incluso para quienes necesitan mejorar su productividad.

En general, los últimos avances en tecnología de baterías están haciendo que sea más fácil y más conveniente para los usuarios mantener sus dispositivos energizados y en funcionamiento. Con baterías más duraderas, de carga más rápida y más eficientes, las notebooks podrían ser capaces de satisfacer las necesidades en una gran variedad de situaciones.

Expectativas para el futuro de las baterías: mayor eficiencia con menor impacto ambiental

El desarrollo tecnológico en materia de baterías para notebooks no solo promete mayor eficiencia energética, las innovaciones también buscan reducir el impacto ambiental con el uso de materiales más sostenibles.

De hecho, el creciente interés por el reciclaje de baterías se debe a la preocupación por la disponibilidad de materiales clave y el efecto medioambiental de las baterías desechadas. En ese sentido, el reciclaje podría mitigar estos impactos y, al mismo tiempo, ofrecer la oportunidad de reutilizar materiales valiosos como el litio.

Conclusión

Es indudable que el avance continuo en la tecnología de baterías para notebooks está transformando la forma en que utilizamos nuestros dispositivos personales. Las nuevas baterías no solo podrían aumentar la autonomía y reducir los tiempos de carga, sino que también se esperan mejoras en la portabilidad y una disminución del impacto ambiental gracias al uso de nuevos materiales.

Innovaciones como las baterías de estado sólido o de grafeno, están ocupando un lugar de vanguardia en la industria. Los fabricantes se están centrando en aumentar la densidad energética, pero también siguen adelante investigaciones que buscan facilitar el reciclaje y hacer frente a los retos de la adopción masiva.

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