Dentro de los teléfonos móviles modernos hay miles de millones de interruptores a nanoescala que se encienden y apagan, permitiendo que el teléfono funcione. Estos interruptores, llamados transistores, están controlados por una señal eléctrica que se envía a través de una sola batería. Esta configuración de una batería para alimentar varios componentes funciona bien para las tecnologías actuales, pero hay margen de mejora. Cada vez que se envía una señal de la batería a un componente, algo de poder se pierde en el viaje. Unir cada componente con su propia batería sería una configuración mucho mejor, minimizando la pérdida de energía y maximizando la vida útil de la batería. Sin embargo, en el mundo tecnológico actual, las baterías no son lo suficientemente pequeñas para permitir esta disposición, al menos no todavía.

Ahora, El Laboratorio Lincoln del MIT y el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT han avanzado en el desarrollo de baterías de hidrógeno a nanoescala que utilizan tecnología de división de agua. Con estas baterías los investigadores tienen como objetivo ofrecer una carga más rápida, vida más larga, y menos energía desperdiciada. Además, las baterías son relativamente fáciles de fabricar a temperatura ambiente y se adaptan físicamente a necesidades estructurales únicas.

"Las baterías son uno de los mayores problemas con los que nos encontramos en el laboratorio, "dice Raoul Ouedraogo, que pertenece al Grupo de Técnicas y Sensores Avanzados del Laboratorio Lincoln y es el investigador principal del proyecto. "Existe un interés significativo en sensores altamente miniaturizados que lleguen hasta el tamaño de un cabello humano. Podríamos hacer ese tipo de sensores, pero buena suerte para encontrar una batería tan pequeña. Las baterías actuales pueden ser redondas como monedas, con forma de tubo, o delgado pero en una escala de centímetros. Si tenemos la capacidad de colocar nuestras propias baterías en cualquier forma o geometría y de forma económica, abre las puertas a una gran cantidad de aplicaciones ".

La batería se carga al interactuar con las moléculas de agua presentes en el aire circundante. Cuando una molécula de agua entra en contacto con el reactivo, sección metálica exterior de la batería, se divide en sus partes constituyentes:una molécula de oxígeno y dos de hidrógeno. Las moléculas de hidrógeno quedan atrapadas dentro de la batería y se pueden almacenar hasta que estén listas para usarse. En este estado, la batería está "cargada". Para liberar la carga, la reacción se invierte. Las moléculas de hidrógeno regresan a través de la sección metálica reactiva de la batería y se combinan con el oxígeno del aire circundante.

Hasta aquí, Los investigadores han construido baterías de 50 nanómetros de grosor, más delgadas que un mechón de cabello humano. También han demostrado que el área de las baterías se puede escalar desde centímetros hasta nanómetros. Esta capacidad de escala permite que las baterías se integren fácilmente cerca de transistores en un nivel nano y micro, o cerca de componentes y sensores a nivel milimétrico y centimétrico.

"Una característica útil de esta tecnología es que las capas de óxido y metal se pueden modelar muy fácilmente en geometrías personalizadas a escala nanométrica, facilitando la creación de intrincados patrones de batería para una aplicación en particular o depositarlos en sustratos flexibles, "dice Annie Weathers, un miembro del personal de Química del laboratorio, Microsistema, y el Grupo de Tecnologías a Nanoescala, quien también está involucrado en el proyecto.

Las baterías también han demostrado una densidad de potencia que es dos órdenes de magnitud mayor que la mayoría de las baterías utilizadas actualmente. Una densidad de potencia más alta significa más potencia de salida por el volumen de la batería.

"Lo que creo que hizo que este proyecto funcionara es el hecho de que ninguno de nosotros somos gente de baterías, ", dice Ouedraogo." A veces se necesita a alguien del exterior para ver cosas nuevas ".

En la actualidad, Las técnicas de división del agua se utilizan para generar hidrógeno para necesidades industriales a gran escala. Este proyecto será el primero en aplicar la técnica de creación de baterías, ya escalas mucho más pequeñas.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.