Estimad@s colegas y amig@s
Un estimado colega nos comparte el presente comunicado de prensa presentado el 26 de marzo de 2025 en una reunión de la American Chemical Society, el cual tradujimos nosotros para este espacio. Veamos de que se trata….
A veces, los teléfonos celulares se descargan antes de lo esperado o los vehículos eléctricos no tienen suficiente carga para llegar a su destino. Las baterías recargables de iones de litio (Li-ion) de estos y otros dispositivos suelen durar horas o días sin cargarse. Sin embargo, con el uso repetido, las baterías se degradan y necesitan recargarse con mayor frecuencia.
Ahora, los investigadores están considerando el radiocarbono como una fuente para baterías nucleares seguras, pequeñas y asequibles que podrían durar décadas o más sin cargarse.
Su-il In, profesor del Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST), presentó sus resultados en la reunión de primavera de la Sociedad Química Americana (ACS), celebrada del 23 al 27 de marzo 2025.
La carga frecuente que requieren las baterías de iones de litio no solo es un inconveniente, sino que también limita la utilidad de las tecnologías que utilizan las baterías como fuente de energía, como los drones y los equipos de teledetección.
Las baterías también son perjudiciales para el medio ambiente: la extracción de litio consume mucha energía y la eliminación inadecuada de las baterías de iones de litio puede contaminar los ecosistemas. Sin embargo, con la creciente ubicuidad de los dispositivos conectados, los centros de datos y otras tecnologías informáticas, la demanda de baterías de larga duración está en aumento.
Y es probable que unas mejores baterías de iones de litio no sean la solución a este desafío. "El rendimiento de las baterías de iones de litio está casi llegando a su límite natural", afirma In, quien investiga las tecnologías energéticas del futuro. Por ello, In y su equipo están desarrollando baterías nucleares como alternativa al litio.
Las baterías nucleares generan energía aprovechando partículas de alta energía emitidas por materiales radiactivos. No todos los elementos radiactivos emiten radiación dañina para los organismos vivos, y ciertos materiales pueden bloquear cierta radiación. Por ejemplo, las partículas beta (también conocidas como rayos beta) pueden protegerse con una fina lámina de aluminio, lo que convierte a la energía betavoltaica en una opción potencialmente segura para las baterías nucleares.
Los investigadores produjeron un prototipo de batería betavoltaica con carbono-14, una forma inestable y radiactiva de carbono, llamada radiocarbono. "Decidí usar un isótopo radiactivo del carbono porque solo genera rayos beta", dice In.
Además, el radiocarbono, un subproducto de las centrales nucleares, es económico, fácil de conseguir y reciclar. Y como se degrada muy lentamente, una batería alimentada con radiocarbono podría, en teoría, durar milenios.
En una batería betavoltaica típica, los electrones chocan con un semiconductor, lo que produce electricidad. Los semiconductores son un componente crucial en las baterías betavoltaicas, ya que son los principales responsables de la conversión de energía.
Por consiguiente, los científicos están explorando materiales semiconductores avanzados para lograr una mayor eficiencia de conversión de energía, una medida de la eficacia con la que una batería puede convertir electrones en electricidad utilizable.
Para mejorar significativamente la eficiencia de conversión de energía de su nuevo diseño, In y su equipo utilizaron un semiconductor a base de dióxido de titanio, un material comúnmente utilizado en células solares, sensibilizado con un tinte a base de rutenio.
Reforzaron la unión entre el dióxido de titanio y el tinte con un tratamiento de ácido cítrico.
Cuando los rayos beta del radiocarbono colisionan con el tinte a base de rutenio tratado, se produce una cascada de reacciones de transferencia de electrones, denominada avalancha de electrones. A continuación, la avalancha viaja a través del tinte y el dióxido de titanio recoge eficazmente los electrones generados.
La nueva batería también contiene radiocarbono en el ánodo sensibilizado con el tinte y en un cátodo. Al tratar ambos electrodos con el isótopo radiactivo, los investigadores aumentaron la cantidad de rayos beta generados y redujeron la pérdida de energía de radiación beta relacionada con la distancia entre ambas estructuras.
Durante las demostraciones del prototipo de batería, los investigadores descubrieron que los rayos beta liberados por el radiocarbono en ambos electrodos activaban el tinte a base de rutenio en el ánodo, generando una avalancha de electrones que era recogida por la capa de dióxido de titanio y circulaba a través de un circuito externo, generando electricidad utilizable.
En comparación con un diseño anterior con radiocarbono solo en el cátodo, la batería de los investigadores, con radiocarbono en el cátodo y el ánodo, presentó una eficiencia de conversión de energía mucho mayor, pasando del 0.48 % al 2.86 %.
Estas baterías nucleares de larga duración podrían permitir numerosas aplicaciones, según In. Por ejemplo, un marcapasos duraría toda la vida de una persona, eliminando la necesidad de reemplazos quirúrgicos.
Sin embargo, este diseño betavoltaico convertía solo una pequeña fracción de la desintegración radiactiva en energía eléctrica, lo que resultaba en un menor rendimiento en comparación con las baterías de iones de litio convencionales. In sugiere nuevos esfuerzos para optimizar la forma del emisor de rayos beta y desarrollar absorbedores de rayos beta más eficientes podrían mejorar el rendimiento de la batería y aumentar la generación de energía.
A medida que aumenta la preocupación por el clima, la percepción pública de la energía nuclear está cambiando. Sin embargo, todavía se considera como energía producida únicamente en una gran central eléctrica en una ubicación remota.
Con estas baterías de celdas betavoltaicas sensibilizadas por colorante y con fuente de doble sitio, In afirma: «Podemos introducir energía nuclear segura en dispositivos del tamaño de un dedo».
