La batería contiene isotopos radiactivos de americio Omicrono
Esta diminuta batería nuclear es más pequeña que una pila de botón y podrá dar energía durante varias décadas
Científicos chinos han utilizado isótopos radiactivos y una célula fotovoltaica para lograr una eficiencia de conversión de energía nunca vista.
24 septiembre, 2024 03:13La energía nuclear no sólo se emplea en gigantescas centrales como las 5 que hay todavía activas en España o se utiliza para dotar a los submarinos de autonomías prolongadas. Además de recientes diseños de microrreactores nucleares que buscan proporcionar electricidad en zonas remotas, también existen desde hace décadas minúsculas baterías atómicas encargadas de alimentar dispositivos como marcapasos o de propulsar naves y robots espaciales como las sondas Voyager o los rovers Curiosity y Perseverance.
Los científicos llevan décadas trabajando en desarrollar nuevos diseños y mejorar su eficiencia, su principal desventaja, que ha limitado hasta ahora su generalización. El último avance al respecto, sin embargo, puede ser un punto de partida para que su uso se amplíe a otro tipo de dispositivos. Un equipo dirigido por Shuao Wang, director del Centro de Química Ambiental Nuclear de la Universidad de Soochow (China), ha multiplicado por 8.000 la eficiencia de conversión de energía de una batería micronuclear con respecto a sus predecesoras.
Para lograrlo, la fuente de energía es una ínfima cantidad del elemento radiactivo americio, incrustado en un cristal de polímero que convierte la radiación en un resplandor verde estable, capaz de generar energía al estar colocado junto a una pequeña célula fotovoltaica. El avance, publicado en un artículo en Nature, podría alimentar durante décadas "sensores en miniatura en entornos remotos o difíciles en los que las fuentes de energía tradicionales son poco prácticas, como la exploración de las profundidades marinas, las misiones espaciales o las estaciones de control remoto", según Wang.
Baterías atómicas
La primera batería nuclear se remonta a 1913, cuando Henry Moseley demostró por primera vez la posibilidad de generar una corriente eléctrica por radiación de partículas cargadas con radiactividad. A mediados del siglo XX, los científicos se centraron en desarrollar nuevas aplicaciones para el sector aeroespacial, que requería fuentes de energía de larga duración para naves espaciales.
En 1954, la empresa RCA desarrolló una pequeña pila atómica para pequeños receptores de radio y audífonos. Desde entonces, se han diseñado muchos tipos distintos y existen diferentes métodos para extraer energía eléctrica de fuentes nucleares, potenciados en los últimos años por la tecnología a escala nanométrica y nuevos semiconductores de banda ancha. A diferencia de las baterías químicas, la longevidad de las pilas micronucleares está ligada a la vida media del radioisótopo utilizado, lo que permite una vida útil de varias décadas.
La batería nuclear BV100 Omicrono
Para desarrollar el último avance en ese sentido ha sido necesaria la colaboración entre varias instituciones chinas, bajo el liderazgo del Laboratorio Estatal Clave de Medicina y Protección Radiológica de la Universidad de Soochow. Bajo la dirección de Shuao Wang, el equipo aprovechó las propiedades del radioisótopo de americio 243Am, normalmente, considerado un residuo nuclear, y lo integró en un polímero de coordinación de lantánidos luminiscente, capaz de emitir un resplandor verde intenso y estable.
El cristal resultante, combinado con una delgada célula fotovoltaica y ensamblado en una cápsula de cuarzo de tamaño milimétrico para evitar la contaminación radiactiva, puede convertir la luz en electricidad con una eficiencia nunca antes vista en este tipo de dispositivos.
Figura del artículo sobre la batería nuclear publicado en 'Nature' Omicrono
Para comprobar y evaluar su efectividad en la conversión del resplandor verde en energía, los científicos probaron la batería durante 200 horas. En ese tiempo, el dispositivo produjo un suministro constante de electricidad a una energía relativamente alta, con una cantidad mínima de americio para funcionar. Aunque este radioisótopo tiene una vida media de 7.380 años, los componentes que lo rodean acabarán destruidos por la radiación. Aún así, Wang y su equipo están convencidos de que su durabilidad abarca varias décadas.
Según señalan en su artículo, "la desintegración radiactiva no se ve afectada por factores ambientales como la temperatura, la presión y los campos magnéticos, lo que convierte a la batería micronuclear en una fuente de energía duradera y fiable en escenarios en los que las baterías convencionales resultan poco prácticas o difíciles de sustituir".
Eficiencia mejorada
Este nuevo tipo de batería micronuclear radiofotovoltaica logró una eficiencia de conversión de potencia total del 0,889% y una potencia por actividad de 139 microwatios por curie (μW Ci-1), lo que supone una mejora sustancial con respecto a anteriores diseños.
De hecho, sus creadores lo cuantifican como "8.000 veces mejor que la eficiencia de conversión de energía de desintegración alfa a autoluminiscencia sostenida en comparación con la de las arquitecturas convencionales".
A pesar de este hallazgo, la batería sigue produciendo mucha menos energía que la que ofrecen las convencionales de iones de litio que se encuentran en dispositivos como los teléfonos móviles o los ordenadores portátiles. Los cálculos son descorazonadores: se necesitarían 40.000 millones de estas diminutas pilas para alimentar una bombilla de 60 W.
Por eso, los investigadores siguen trabajando para incrementar su eficiencia y su potencia, además de implementar mejoras para que su uso sea más fácil y seguro. De momento, el futuro de estas baterías micronucleares parece el mismo para el que se han utilizado hasta la fecha (el espacio y las profundidades marinas), pero la mejora en la conversión de energía permitirá alimentar más y mejores sensores.
Pila de botón
Este avance se produce apenas tres meses después que una de las noticias más sorprendentes en esta disciplina de las últimas décadas. La compañía Infinity Power afirmó en junio de este mismo año que había conseguido desarrollar una batería nuclear del tamaño de una pila de botón.
Con la ayuda del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, Infinity Power asegura haber obtenido una célula atómica increíblemente compacta que además destaca por ser muy eficiente y duradera. Según la compañía, han logrado el nivel más alto de eficiencia jamás alcanzado en lo que se refiere a tecnologías de conversión de energía de radioisótopos.
Batería nuclear de Infinity Power. Omicrono
A diferencia de la desarrollada por los científicos chinos, la clave de este avance tecnológico radica en la conversión de energía electroquímica basada en la disolución de electrolitos con radioisótopos con una eficiencia un 62% superior con respecto a otros métodos.
En palabras de la firma, la escalabilidad de la tecnología que ha permitido el desarrollo de esta batería abre un "amplio espectro de generación de energía, que abarca desde nanovatios hasta kilovatios o más". Incluso con su pequeño tamaño, esta batería puede generar "decenas de milivatios de energía" durante décadas, solo con ajustar los parámetros clave de su diseño.
Infinity Power quiere centrarse en dispositivos médicos implantables, así como en sistemas de energía en zonas remotas o en el entorno espacial como posibles campos en los que probar la eficiencia de esta nueva batería nuclear. "Nuestros objetivos son dirigir este descubrimiento hacia un lanzamiento exitoso del producto y comenzar un nuevo capítulo en la historia de las soluciones innovadoras de almacenamiento de energía", apostilló Jae W. Kwon, fundador y actual CEO de la compañía.
