Nanotecnología

La nanotecnología es la ciencia que trata de controlar y modificar la materia a escala nanométrica, es decir, a escala molecular. Dentro de la nanotecnología, se están haciendo grandes avances en lo que se refiere a la formación de nanoestructuras, y en particular a la formación de nanohilos. Los campos en los cuales se están aplicando son muy diversos, y van desde la producción de una nueva generación de LED, hasta la aplicación de nanohilos de Plata en dispositivos capaces de detectar explosivos.

Uno de los avances producidos por los nanohilos que más eco ha tenido recientemente, ha sido la aplicación de nanohilos de silicio en baterías de Litio produciendo un aumento en su capacidad de carga, realizado en la Universidad de Stanford.

En un principio las baterías recargables eran principalmente de Níquel-Cadmio (NiCd) y Níquel e Hidruro metálico (NiMH). Más tarde se empezaron a utilizar las baterías de iones Litio, las cuales son mucho más ligeras y poseen una mayor carga almacenada por unidad de volumen:

Otro factor importante es que no poseen la memoria de carga, la cual reducía la carga almacenada por la batería al realizar cargas incompletas.

Uno de los problemas que se tuvo que solventar antes de su comercialización era la obtención de un ánodo que no fuera tan reactivo (en un principio era de Li-metálico). Lo que desemboco en el desarrollo de electrolitos poliméricos y en la utilización de ánodos con una menor reactividad pero con una alta capacidad de almacenamiento de iones-litio, en la actualidad se utilaza el carbono en forma de grafito.

Otro de los elementos que se trato de utilizar como ánodo fue el silicio (Si), ya que es uno de los semiconductores mas utilizados gracias a su fácil obtención, y además posee una mayor capacidad de almacenaje que el carbono. Lo cual le convertía en un buen candidato. El problema de la utilización de este elemento es que en el proceso de almacenamiento y liberación de los iones-litio el Silicio es sometido a unas fuerzas de dilatación (en la captación de iones) y de compresión ( en la liberación de los iones) que producía una disminución drástica de su ciclo de vida.

En la actualidad este problema parece que se ha superado gracias a la aplicación de la nanotecnología, según ha publicado la Universidad de Stanford.

Para evitar la degradación del silicio en el proceso de dilatación y compresión han desarrollado unos nanohilos de Silicio, los cuales se obtienen a partir de un sustrato de acero inoxidable. Estos nanohilos conforman una especie de maraña la cual almacenara los iones-litio. Al almacenarlos los nanohilos aumentan aproximadamente cuatro veces su tamaño pero con la ventaja de que en este caso no sufren fracturas, lo que provoca que no se acorte el ciclo de vida de la batería.

Debido a la mayor capacidad de almacenamiento de los iones-litio por parte del Silicio, las baterías verían aumentada en 10 veces su capacidad de carga, es decir, antes una batería de ion-litio de un portátil duraba aproximadamente 2 horas, con estas nuevas baterías duraría alrededor de 20 horas.

Por lo tanto no nos extrañe que en un periodo no muy largo de tiempo esta nueva generación de baterías llegue al mercado, lo que supondrá no solo una mejora en el rendimiento de muchos aparatos electrónicos, sino que supondrá una nueva forma de almacenar la energía, la cual podrá abrir la puerta a otras formas de producir energía que en la actualidad no es del todo viables debido a que su almacenaje no es satisfactorio.

Este nuevo planteamiento enfocado al aumento de la capacidad de almacenamiento, tendría mayor número de aplicaciones, además de las baterías de gadgets, ya que en un futuro se podría extender a baterías destinadas a automóviles eléctricos o instalarse en viviendas para que pudieran almacenar mayor cantidad de electricidad generada debido a la instalación de celdas solares.

Si analizamos el proceso que se produce en una batería de litio convencional se observa que la capacidad de almacenamiento eléctrico está limitada por la cantidad de litio que puede mantenerse en el ánodo normalmente fabricado de carbono. Como ventaja se destaca que el silicio posee mayor capacidad que el carbono pero en contra partida se dilata al absorber átomos de litio y se contrae durante el funcionamiento del dispositivo con forme los átomos de litio salen, provocando la degradación poco a poco.

La novedad de este descubrimiento reside en que el litio que se almacenaría durante el proceso de carga lo haría en un diminuto bosque de nanocables de silicio, cada uno con un diámetro de una milésima de espesor de una hoja de papel, que se expanden hasta cuatro veces su tamaño normal cuando están en el proceso de absorción del litio, además no se fracturan,  y dada la amplia infraestructura de la industria del silicio, la nueva versión estaría entre nosotros de un modo rápido y relativamente barato.

Cada día que pasa se descubren nuevas tecnologías relacionadas con la nanotecnología y a su vez también relacionadas entre ellas. Un claro ejemplo es el nuevo método desarrollado para producir nanocables de longitud ilimitada y de estructuras tridimensionales basado en una micropipeta que actúa como una pluma fuente con una apertura de unos 100 nanometros, de donde sale una tinta acuosa que se evapora rápidamente produciendo una fibra sólida. El líquido se caracteriza por ser una tinta acuosa y el material de las fibras puede ser de distintas naturalezas, desde hidróxido de potasio a puntos cuánticos.

Enormes progresos se han realizado en la última década en la síntesis caracterización de nanoesructuras y aplicaciones de las mismas, y se esperan muchos beneficios más de estos avances en décadas venideras.

¿A quién no se le ha acabado la batería del portátil, del móvil o de cualquier aparato cuando menos lo esperaba?? A casi todo el mundo le ha pasado alguna vez debido a la poca duración de las mismas pero cada vez son más las alternativas que van surgiendo para remediar este tipo de problemas tan incómodos. Unos de las alternativas que se proponen últimamente es un novedoso dispositivo que se ha inventado. Se trata de un cargador que han descubierto unos científicos de EEUU y Canadá capaz de almacenar energía mientras caminamos. Sólo hay que llevarlo con nosotros conectado.

Se han llevado a cabo diversos experimentos en los que se hacía caminar a personas en una cinta de correr demostrándose que se pueden generar unos 5 W poniéndose un aparato en cada pierna a dichas personas con tan sólo dar pasos a un ritmo normal, es decir, sin tener que hacer ningún esfuerzo adicional. Por lo que, para hacerse una idea, se obtendría una energía total como para que funcionasen has 10 teléfonos móviles.

Este nuevo dispositivo, permitiría poder cargar dispositivos que a menudo forman parte de nuestra vida diaria como pueden ser móviles, walmans o PDAs simplemente realizando la actividad de caminar sin suponernos ningún esfuerzo.

Y la nanotecnología, por supuesto es y va a ser, una herramienta que también va a ayudar a salvar este tipo de problemas. Investigadores de la Universidad de Stanford han reinventado las baterías recargables de ión Litio que normalmente son utilizadas por aparatos tan normales como los portátiles, MP3s, móviles, cámaras de video o otros muchos dispositivos de nuestro alrededor.

Con este nuevo tipo de alimentación, se genera 10 veces la cantidad de electricidad de las baterías de ión litio que hoy en día existen. De modo que si queremos utilizar un portátil durante en día no será necesario recargar su batería en ese periodo de tiempo ya que con este nuevo desarrollo la nueva batería podría durar hasta 20 horas.