Si las baterías de grafeno hacen todo lo que dicen los científicos, podrían cambiar el panorama

Imagina que vas por la autopista en tu nuevo coche eléctrico, equipado con la última batería de grafeno. Se da cuenta de que se está quedando sin batería, así que se detiene en un área de descanso, lo enchufa y entra a comer una pizza.

Para cuando termina y vuelve a salir, su coche ya está casi cargado y listo para recorrer otras 300 millas ininterrumpidas.

Este es el futuro del transporte que ciertos científicos con ojos de estrella prometen que llegará pronto. Dicen que si se potencian las baterías con grafeno -una lámina de carbono de sólo un átomo de grosor-, todo, desde las herramientas eléctricas hasta los coches eléctricos, se cargará más rápido, tendrá más potencia, costará menos y quizá incluso ayude a la civilización a abandonar por fin los combustibles fósiles que destruyen el planeta. Y estas maravillosas baterías podrían empezar a funcionar, según dicen, en algún momento del año que viene.

«El grafeno es un material asombroso, y es especialmente asombroso como material para las baterías», dijo a Futurism Chip Breitenkamp, científico especializado en polímeros y vicepresidente de desarrollo empresarial de la empresa de baterías de grafeno NanoGraf. Según él, esta tecnología puede «hacer que las baterías se carguen más rápido y disipen el calor de forma más eficaz». Esto tiene grandes implicaciones. Significa que las herramientas eléctricas no se recalientan tan rápido. Significa que los electrodomésticos sirven mejor a las familias y durante más tiempo. Y, con el tiempo, significa que pueden cargarse más rápido».

«Esencialmente, el grafeno puede desempeñar un papel central en la alimentación de un futuro eléctrico sostenible», añadió Breitenkamp.

La carga rápida no es el único punto de venta. En el laboratorio, NanoGraf afirma que sus baterías de grafeno aumentan el tiempo de funcionamiento en un 50 por ciento en comparación con las convencionales de iones de litio, reducen en un 25 por ciento la huella de carbono y reducen a la mitad el peso necesario para proporcionar la misma potencia.

La idea básica se reduce a la química. Durante décadas, los fabricantes de baterías han preferido el litio al silicio porque tiene una gran capacidad eléctrica. Pero el litio tiene dos problemas fundamentales. No conduce bien la electricidad y tiende a deformarse físicamente al descargarse, lo que acaba por ceder y agrietarse. Mezclar o recubrir el litio con grafeno -o, más recientemente, con nanomateriales relacionados como los óxidos de grafeno y los óxidos de grafeno reducidos- resuelve ambos problemas. El grafeno es altamente conductor, lo que permite que la electricidad fluya, y rígido, por lo que ayuda a que el litio mantenga su forma, lo que permite que la batería dure más tiempo.

«El grafeno tiene una conductividad electrónica muy alta, por lo que cuando lo pones en tu ánodo de silicio, la conductividad realmente aumenta», dijo a Futurism Christos Athanasiou, un ingeniero de la Universidad de Brown que ha publicado investigaciones sobre baterías de grafeno. «Y el grafeno tiene muy buenas propiedades mecánicas: es muy, muy fuerte. Por eso, cuando el ánodo se expande, el grafeno obstaculiza esencialmente estas variaciones de volumen, de modo que no permite que el ánodo de silicio se expanda tanto para que no se rompa».

Otra ventaja: como la robustez del grafeno otorga a las baterías muchos más ciclos de vida que una batería convencional, dicen sus defensores, pueden «forzarlas» más y cargarlas más rápido con una corriente eléctrica más potente. Se degradarán más rápidamente, pero su abundancia de ciclos de descarga les garantiza una vida útil más larga que la de las baterías convencionales.

Nanograf no es la única empresa emergente que dice estar buscando una batería de grafeno práctica. Samuel Gong, director general de la empresa competidora Real Graphene, dijo a Futurism que cree que la tecnología de su empresa podría cargar un coche en menos de una hora.

«También tenemos un mayor presupuesto de ciclos de vida que podemos sacrificar porque la gente no suele conservar sus productos más que unos pocos años, probablemente», dijo Gong. «Una batería de grafeno puede soportar mucho más castigo en cierto sentido, lo que permite ese ciclo de vida adicional. Podemos forzarla mucho más».

El resultado, dice, es una batería barata con una densidad de energía y un rendimiento muy superiores.

«Creo que es igual de importante para la evolución de la tecnología que algo como el plástico», dijo Gong, «donde en el futuro podría aplicarse a casi todo».

Las promesas son enormes, pero al mismo tiempo, las afirmaciones concretas pueden empezar a parecer difusas. Nanograf dice que ya está trabajando con una empresa de herramientas eléctricas y otra que fabrica baterías para vehículos eléctricos para llevar su tecnología al mercado, pero dijo que no podía nombrar socios específicos.

Y Gong nos dijo que Real Graphene ya está probando autobuses alimentados por baterías de grafeno en Shanghai, China – pero cuando le pedimos detalles sobre el programa, como quién está manejando los autobuses y si las baterías están a la altura de sus imponentes promesas técnicas, se negó a comentar.

En un sentido más amplio, el grafeno fue aislado por primera vez en 2004. En los últimos 15 o 20 años, básicamente toda la comunidad de almacenamiento de energía ha estado trabajando mucho en cómo hacer un buen material nanocompuesto, cómo hacer que este ánodo de grafeno de silicio tenga las propiedades deseadas», dijo Athanasiou. «Así, en los últimos años, se ha hecho más fácil fabricar grafeno, y hay otros nanomateriales basados en el grafeno, como el óxido de grafeno»

«Estos nanomateriales ofrecen incluso mejores propiedades», añadió. «El óxido de grafeno se mezcla mejor con el silicio, por ejemplo. Y luego resultó que cuando se utiliza óxido de grafeno reducido, ofrecía propiedades aún mejores»

En otras palabras, el grafeno ha estado en un estado perpetuo de «casi listo para revolucionar el mundo» durante años. Pero con la tendencia a la baja de los costes de fabricación, varias empresas emergentes dijeron a Futurism que sus baterías estarán a la venta en pequeños dispositivos como herramientas eléctricas a partir del año que viene. Después de eso, planean ser aún más ambiciosos.

«Las baterías que van en los vehículos eléctricos requieren ciclos de prueba extremadamente largos», dijo Breitenkamp de NanoGraf a Futurism. «Así que, como puedes imaginar, esas baterías tienen que probarse durante tres o cuatro años como mínimo. No se trata de conseguir que nuestra tecnología funcione en un vehículo eléctrico ahora mismo. Creemos plenamente que lo haría, pero se trata de toda la validación necesaria para entrar en un VE».

«No se trata de si funciona, sino de cuánto tiempo tarda en obtener el visto bueno en aspectos como la seguridad y la longevidad», añadió Breitenkamp.

Es posible que las baterías de grafeno estén atrayendo el interés más allá de la comunidad de startups. De hecho, varios expertos entrevistados para este reportaje especularon con la posibilidad de que Tesla esté experimentando en secreto con la misma tecnología, aunque todos ellos recalcaron que la teoría no era más que una conjetura.

«No tengo ninguna duda de que Tesla está trabajando en este tipo de tecnología», dijo Gong, y añadió que construir cargadores lo suficientemente potentes podría ser un reto mayor que fabricar las propias baterías de grafeno.

«Probablemente lo hagan, pero todas estas cosas son súper confidenciales», dijo Athanasiou. «Nadie fuera de la empresa lo sabría realmente».

Tesla, que recientemente disolvió todo su departamento de relaciones públicas, no respondió a las preguntas ni a la solicitud de comentarios de Futurism. Pero independientemente de que Tesla esté trabajando en baterías de grafeno, hay numerosos desafíos técnicos que deben resolverse antes de que sean útiles como producto de consumo.

Un problema práctico, dijo Gong, sería que si un gran fabricante de automóviles lograra desarrollar baterías de grafeno listas para el mercado, la enorme atracción de la carga correría el riesgo de abrumar por completo la infraestructura eléctrica.

«La red eléctrica apenas puede manejar lo que tenemos ahora, al menos cuando hablamos del área de la Bahía. Es algo que no puedo ver que ocurra simplemente porque es mucha energía», dijo Gong. «No se trata sólo de construir una central nuclear y decir que tenemos la energía. Se trata también del suministro de energía: si el cableado de la ciudad puede soportar ese aumento de potencia».

También hay, según admiten todos, problemas técnicos que deben resolverse. Uno de ellos, según Breitenkamp, es que forzar demasiado las baterías puede causar problemas como la fluencia dendrítica, básicamente un cortocircuito interno. Pero varios expertos dijeron a Futurism que la fluencia dendrítica puede solucionarse con, ya lo has adivinado, más grafeno.

Incluso si la introducción de más grafeno bloquea la fluencia dendrítica, hay problemas de fabricación que persisten. Diferentes empresas utilizan diferentes trucos para recubrir o implementar las baterías en grafeno, pero la consistencia es un reto independientemente de la metodología.

En resumen, Athanasiou dijo que los científicos pueden hacer muy buenos prototipos en el laboratorio – pero pasar a la producción en masa de los productos terminados es un reto completamente diferente.

«Lo que puedo decir es que la ciencia está ahí», dijo Athanasiou. «Sin embargo, desde el punto de vista tecnológico, aún no está lista. Sabemos cómo fabricar estos grafenos de silicio nanocompuestos, pero cómo hacerlos reproducibles es un gran reto».

Y, por supuesto, está el bombo y platillo que ha impulsado el grafeno y ha mantenido el interés en él desde su descubrimiento. Se ha convertido en chaquetas, se ha promocionado como una fuente de electricidad infinita e incluso como una forma de desalinizar el agua de forma instantánea.

Parte de esto es la necesidad de los científicos de despertar el interés por su trabajo, dijo Greg Less, director técnico del Laboratorio de Usuarios de Baterías del Instituto de Energía de la Universidad de Michigan. Pero también dijo que no está seguro de la utilidad que acabarán teniendo las baterías de grafeno. El grafeno no es la especialidad de Less, aclaró, pero sospecha que podría desvanecerse como otra moda pasajera.

Citó como ejemplo los nanotubos de carbono, el «material milagroso» de antaño. Los nanotubos de carbono son básicamente trozos de grafeno enrollados en tubos, y se hicieron muchas afirmaciones audaces sobre cómo revolucionaría también la sociedad.

» una especie de material gee-whiz en este momento», dijo Less. «¿Va a haber mejoras? Sí. ¿Serán esas mejoras suficientes para desplazar a una opción más barata y disponible? Probablemente no. Tal vez. No lo sé. No lo sé».

En pocas palabras, el bombo que rodea al grafeno oscurece su futuro. Es difícil separar la utilidad real del nanomaterial de los esfuerzos bienintencionados que al final se quedarán cortos. Pero tenemos que limpiar nuestro medio ambiente de alguna manera, y si queremos evitar los impactos más devastadores del cambio climático, es posible que acabemos necesitando uno o dos intentos de salvación. Si se consigue al menos una fracción de lo que los defensores del grafeno dicen que es posible, será un arma muy valiosa en la lucha contra los combustibles fósiles.

«Estamos entusiasmados por ver que la electrificación se hace realidad», dijo Breitenkamp sobre el potencial del grafeno para revolucionar los coches eléctricos. «Durante los últimos diez años, parecía estar en el aire. Ser capaz de fabricar un coche lo suficientemente asequible como para ponerlo en el garaje de todo el mundo va a cambiar muchas cosas. Va a cambiar la narrativa sobre el cambio climático e incluso los puestos de trabajo»

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