El suministro de energía es un tema esencial para la electrónica autosuficiente. Cada vez aparecen en el mercado más dispositivos móviles con un hambre de energía cada vez mayor. Inevitablemente, la fuente de energía de un dispositivo electrónico y móvil es enorme, incluso en su presencia física absoluta en un dispositivo.
Los mejores ejemplos de esta sed de energía son los teléfonos inteligentes y las tabletas, en los que la "batería" es el componente más grande del dispositivo, junto con la pantalla. Debido a su constante miniaturización, la electrónica parece convertirse en un componente casi imperceptible en el dispositivo, a pesar del creciente número de funciones. Aquí es donde la física, la microelectrónica y la electrónica aún pueden sacar todo su potencial y "hacer magia" con la tecnología de ensamblaje y conexión.
En el caso de los smartphones, los smartwatches y sus parientes, el factor de forma y la utilización siguen manteniendo una relación relativamente normal entre sí. Sin embargo, si ahora pensamos en sensores diminutos e implantes, la relación de tamaño parece algo diferente. Esto se debe principalmente al tipo de uso y a la longevidad/autonomía deseada. Nadie quiere enchufar un marcapasos o un desfibrilador implantado en algún lugar y de alguna manera todos los días para cargarlo cuando hay otras soluciones. Echemos un vistazo a lo de hoy y a lo de ayer.
Lo que ya existía:
- 'Baterías atómicas' para marcapasos
- Desfibriladores con baterías de iones de litio
- Baterías de película de estado sólido (por ejemplo, Solid State Micro Energy Cell 2009-2012 ofrecidas como prototipos bajo el nombre de Thinergy. Con la nota "Diseñadas para superar a las Lithium Coin Cells, las baterías impresas y otras baterías de película fina". Desde entonces, la marca ha desaparecido y el antiguo dominio web Infinitepowersolutions IPS ahora sólo presenta un blog sobre temas energéticos generales).
- La minicélula de combustible de VARTA: una "célula de presión constante" convertida a base de hidrógeno. Para el suministro permanente y constante de lubricante para componentes móviles de máquinas. (Fase de proyecto de investigación - principios de la década de 2000)
- Algunos se preguntarán: ¿Y las pilas de película impresa? También en este caso hubo mucha experimentación en las universidades. La producción no tuvo tanto éxito. En ese caso, las "láminas" se enrollan en cilindros sellados. Y lo que realmente se imprime es siempre una cuestión de interpretación. Al menos Mercedes abandonó la producción de grandes células de aluminio en Kamenz tras el tercer intento. Las subvenciones simplemente se habían agotado.
Las pilas de combustible en miniatura tampoco se han consolidado todavía debido a los costes y a la aplicación, a veces difícil (liberación de agua).
Los antiguos pioneros y garantes de la innovación están desapareciendo poco a poco del mercado de consumo. O ahora sólo están representados como marcas con productos de gama media. O se declaran sistémicamente relevantes y sólo están disponibles para las masas de forma muy limitada.
Las pilas nucleares para marcapasos no acaban de consolidarse. Los desarrollos de principios de los años 70 en EE.UU. [3] se abandonaron para aplicaciones comerciales, principalmente por razones de coste. Los más veteranos entre nosotros asentirán ahora con la cabeza y dirán: "Sí, es cosa del pasado". Ha pasado algún tiempo desde entonces y los "más jóvenes" están retomando el tema. Ahora, las baterías nucleares pueden estar a punto de resurgir debido a nuevos desarrollos. Estos desarrollos proceden de China, no es de extrañar [2]. ¿Hay algo de cierto? Más adelante hablaré de ello.
De todas las opciones disponibles, las baterías de iones de litio han demostrado ser las más exitosas. Esto también se aplica a implantes como marcapasos y desfibriladores... por cierto, también se trata de productos de alta tecnología procedentes de Europa (MST-Litronik es el fabricante de las baterías).
En todos los demás ámbitos normalmente accesibles, se utilizan los sistemas conocidos, por ejemplo, como pilas de botón, pilas redondas o paquetes de láminas. La superficie se ha aumentado mediante el uso de espumas de níquel, por ejemplo. La química de las pilas está probada desde hace mucho tiempo y, sobre todo, es muy barata de obtener. No se puede burlar a la física y la química: la serie de tensiones electroquímicas y la estabilidad de los compuestos químicos sólo permiten un cierto margen de maniobra.
Miniaturización al límite
Todos estos avances han sido objeto de programas de innovación durante muchos años. Al final, los tres factores más importantes han sido siempre decisivos para el éxito y la permanencia en el mercado. Ya habrá adivinado cuáles son: 1. coste, 2. coste y 3. coste.
Un factor decisivo es -y esto nos lleva a la cuestión de la "miniaturización al límite"- si será posible adaptar el factor de forma para futuras aplicaciones de forma que la fuente de energía no sea muchas veces mayor que la electrónica y la mecánica propiamente dichas. Un segundo factor será si es posible aumentar significativamente la densidad energética. ¿Pero cómo?
Actualmente se están llevando a cabo interesantes actividades de investigación que podrían ofrecer una solución. La Agencia Federal de Innovaciones de Leipzig (SPRIND) financia proyectos y estudios en el campo de la transmutación para la producción de medicamentos contra el cáncer, la calefacción urbana y la energía geotérmica, así como para la eliminación de residuos altamente radiactivos [1]. Según el estudio, incluso la primera planta de demostración sería muy rentable.
El futuro: ¿transmutación - transformación, conversión de elementos?
La pregunta que se hará la mayoría de la gente: ¿Y la eliminación de los residuos nucleares? Aquí se pueden hacer comparaciones con otros proyectos de investigación.
Si ahora está pensando "Bueno, 'investigación', eso puede llevar un tiempo", debería echar un vistazo a China[2], donde parece que están trabajando muy intensamente en el tema de las 'baterías nucleares' para aplicaciones electrónicas. En Betavolt Technology de Pekín [3], el calor liberado durante la desintegración isotópica del Ni-63 se utiliza como fuente de energía [4]. Un semiconductor lo transforma en electricidad. Lo más destacado: al final del ciclo de vida -después de 50 años- debería disponerse de cobre normal. ¿Es éste el reciclaje perfecto de una pila?
Todavía parece sólo un gráfico muy bonito (ver foto) - actualmente se están fabricando los primeros prototipos. Sólo hay especulaciones sobre una serie ya iniciada, que no pueden verificarse en el sitio web de la empresa china. Pero una cosa ya se puede decir con seguridad: el desarrollo está orientado a las necesidades de la industria electrónica:
- 3V
- manejo sencillo y
- un paquete estándar para un procesamiento totalmente automático. (Esto debería complacer a todos los técnicos de montaje y conexión).
De momento sólo se trata de un gráfico conceptual: Batería nuclear de China
Suministro de energía a gran escala
¿Qué opina? ¿Es la minicélula nuclear algo del futuro? En combinación con supercápsulas o impulsores similares, quizá algo para aplicaciones temporalmente más hambrientas de energía. Producida en masa, quizá podría satisfacer el hambre de energía a precios moderados. En varios medios sociales se especula con un precio en torno a los 50 dólares. En otras palabras, un dólar al año.
En este punto, sin embargo, ignoremos los costes de cualquier solución. Independientemente de que se utilice níquel, litio, hierro, fósforo, etc., los dos factores ya mencionados -miniaturización y densidad energética- se completan en última instancia con un tercer factor. Este tercer factor, que también determinará el destino de las soluciones ya comercializadas, será en qué medida los materiales utilizados podrán seguir utilizándose o si acabarán en la "lista de sustancias restringidas" [5] (reglamento REACH). Por último, pero no por ello menos importante, las siguientes cuestiones son cruciales:
- ¿Qué pasa con la disponibilidad de los materiales necesarios?
- ¿Servirán los contratos económicos impuestos políticamente o seguirán librándose guerras por ellos?
- Espero que disfrute debatiendo e investigando estas cuestiones.
También puedes verlo así: en un mundo inteligente.
Saludos cordiales
Jan Kostelnik
www.tebko.de
Referencias
[1] Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND, "Umsetzungsstudie über eine beschleunigergetriebene Neutronenquelle am Standort eines ehemaligen Kernkraftwerks zwecks Produktion von Krebsmedikamenten, Fernwärme und geothermischer Energie sowie zur Entsorgung hochradioaktiver Abfälle", febrero de 2025, https://cms.system.sprind.org/uploads/SPRIND_Studie_Beschleunigergetriebene_Neutronenquelle_d8cde0cf9d.pdf (acceso: 14 de abril de 2025).
[2] "Nuclear battery from China makes chargers superfluous", www.forschung-und-wissen.de/nachrichten/technik/nuklearbatterie-aus-china-macht-ladegeraete-ueberfluessig-13378575 (recuperado: 14.04.2025).
[3] www.betavolt.tech/cp_1449509.html (recuperado: 14/04/2025).
[4] Olsen, L.C. (diciembre de 1973), 'Betavoltaic energy conversion', Energy Conversion. 13 (4). Elsevier Ltd:117-124, IN1,125-127. doi:10.1016/0013-7480(73)90010-7(Recuperado: 14.04.2025).
[5] echa.europa.eu/en/information-restricted-substances (Recuperado: 14.04.2025).
