Ante el panorama de las tecnologías plegables y próximamente flexibles, surgen distintos cuestionamientos: ¿Continuará la dependencia hacia el Litio?, ¿Serán capaces las baterías de Litio de suministrar la demanda energética de estos nuevos dispositivos electrónicos flexibles?

Walter Noé Velázquez Arjona*

Hace 30 años, en el imaginario de Hollywood se perfilaba un futuro brillante; donde existirían las pantallas planas, llamadas desde distancias lejanas que incluían ver a la otra persona (videollamadas) y, dispositivos inteligentes, delgados y livianos. En este 2020, podemos decir que: ¡El futuro nos ha alcanzado! Hoy en día nos encontramos en el mercado dispositivos cada vez más multifuncionales, integrales e inteligentes. Una prueba de ello son los teléfonos celulares. Estos dispositivos hicieron cada día menos necesario utilizar un reloj, una calculadora, una agenda física o electrónica, o una cámara fotográfica. Sin embargo, la tecnología avanza cada vez más, en el 2019, se presentó por primera vez ¡un celular plegable! El nuevo Motorola Razr.

Ahora en 2020, más marcas de teléfonos celulares han presentado sus propias versiones de celulares plegables, acercándonos a una visión futurista dónde la tecnología no solo sería más inteligente y multifuncional, sino también flexible. En este sentido, los retos actuales están enfocados en el desarrollo de componentes para desarrollar no celulares plegables, sino flexibles. Sin embargo, estos celulares plegables y los futuros celulares flexibles requieren, para su funcionamiento, ser alimentados energéticamente por baterías. Las baterías actuales funcionan a través del empleo de Litio, un elemento químico medianamente abundante, cuyas reservas principales se encuentran en Bolivia, Argentina y Chile. La función del Litio es la de liberar electrones (reacción anódica), los cuales forman un flujo electrónico al que conocemos como electricidad, misma que se emplea para que encienda y funcione nuestro celular. Las baterías son dispositivos electroquímicos, lo que significa que están integradas por un ánodo (donde ocurre una reacción de oxidación), un cátodo (donde ocurre una reacción de reducción), un electrolito (conductor iónico) y un circuito eléctrico externo (conductor electrónico). Las baterías requieren estos cuatro componentes para funcionar.

Ante el panorama de las tecnologías plegables y próximamente flexibles, surgen distintos cuestionamientos: ¿Continuará la dependencia hacia el Litio?, ¿Serán capaces las baterías de Litio de suministrar la demanda energética de estos nuevos dispositivos electrónicos flexibles?, ¿Las futuras baterías tendrán que ser flexibles? y, por último, ¿Qué estrategias seguirán los científicos para hacer baterías flexibles?

En este sentido, el Litio es un metal altamente funcional (buena densidad energética, buen desempeño, relativamente buena durabilidad), por lo que, seguramente se continuará utilizando en dispositivos electrónicos plegables como flexibles. Sin embargo, debido a su baja distribución geográfica (pocos países tienen reservas de Litio), toxicidad, y baja benignidad ambiental, se están investigando nuevas baterías que complementen a las baterías de Litio y que, en un futuro cercano, permita disminuir la dependencia hacia este metal. Los elementos candidatos para desarrollar nuevas baterías incluyen el Sodio, Potasio, Zinc, Aluminio, y Magnesio.

Por otro lado, definitivamente las futuras baterías tendrán que ser flexibles para satisfacer las necesidades de la nueva tecnología flexible. En los Estados Unidos de América, la tecnología flexible se está empleado en la industria “vestible”; es decir, en dispositivos electrónicos que pueden ser utilizados como accesorios en la ropa, calzado, e inclusive que pueda ser implantado en el cuerpo o bien, impreso en forma de tatuajes [1].

El Zinc es un viejo conocido, la mayoría de las baterías (o pilas) doble y triple “A” funcionan con este metal. México, es un país rico en Zinc (sexto productor a nivel mundial [2]), contando con varias empresas dedicadas a su extracción y comercialización. Por ello, la comunidad científica mexicana debe enfocarse en el desarrollo de nuevas baterías de Zinc. ¿A qué me refiero con nuevas? A aquellas baterías de Zinc que sean recargables como las de Litio, sean eficientes, durables, compactas, no tóxicas, ambientalmente amigables y, por supuesto, que sean flexibles. ¿Y cómo se puede lograr todo lo anterior?

A través de la Nanotecnología. Esta ciencia es relativamente nueva en México, a partir aproximadamente de 2008 fue cuando comenzaron las instituciones públicas y privadas a ofertar la carrera de Ingeniería en Nanotecnología. ¿En qué consiste la Nanotecnología? En la manipulación de la materia a escalas muy, muy pequeñas; un nanómetro son 9 órdenes de magnitud menores a 1 metro (1 nanómetro= 0.000000001 metros). La importancia de desarrollar tecnología a partir de la nanotecnología está relacionada con los cambios que le ocurre a la materia a escalas nanométricas. Una que se conoce desde la antigüedad, es la de los cambios de colores que le ocurren por ejemplo al oro; cuando disminuye su tamaño a escalas nanométricas, este pasa de color dorado a colores como azul, morado y rojo dependiente su tamaño nanométrico [3].

En este sentido, la Nanotecnología puede permitir el desarrollar nuevas baterías de Zinc que cumplan los requisitos anteriormente mencionados. En la actualidad, una de las tecnologías más prometedoras para complementar a las baterías de Litio son las baterías de Zinc-aire (Figura 1). Estas consisten en utilizar al Zinc como ánodo, es decir como la fuente de electrones que hará funcionar nuestro celular. Mientras que, en el cátodo, se emplea aire el cual contiene oxígeno, quién empleará los electrones provenientes de la oxidación del ánodo para llevar a cabo la reacción complementaría: la reacción de reducción. El empleo de aire permite disminuir costos (ya que es un elemento abundante y gratuito), así como el tamaño de la batería debido a que el aire no requiere ser almacenado. Únicamente se requiere que la batería “respire”, es decir, contenga una apertura donde pueda ingresar el aire.

¿En qué punto de avance científico se encuentra México en relación a baterías de Zinc-aire? A finales de 2019, se realizó una búsqueda de artículos científicos y patentes para determinar el grado de investigación en México relacionado con baterías de Zinc-aire. La realidad fue que no existían grupos científicos mexicanos enfocados en estudiar este tipo de baterías, la mayoría de resultados encontrados correspondían a investigadores de China, Japón y Europa. Esto motivó a investigadores e investigadoras mexicanos de instituciones como el CIDETEQ, el CIMAV, y la UAQ a desarrollar investigación en esta área. Ahora en 2020, estas instituciones se han logrado avances en el desarrollo de baterías Zinc-aire que alimentan circuitos electrónicos de monitoreo de condiciones ambientales (Figura 1) [4]. Donde, el reto de investigación para el 2021, es desarrollar baterías mexicanas flexibles de Zinc-aire a partir de materiales no tóxicos y ambientalmente amigables.

* Investigador Titular / Coordinador del Posgrado en Electroquímica en el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica

e-mail: wvelazquez@cideteq.mx.

También es Líder del grupo

Nanomat-Lab enfocado al

desarrollo de baterías de Zinc-aire

(www.facebook.com/NanomatLab/).

Referencias:
[1] Tecnología vestible, https://www.wareable.com/wearable-tech/what-is-wearable-tech-753
[2] Servicio Geológico Mexicano, 2019, http://www.sgm.gob.mx/productos/pdf/Anuario_2018_Edicion_2019.pdf, Anuario Estadístico de la minería mexicana.
[3] Txema Ybarra, Historia, presente y futuro del oro, el metal más preciado del mundo, 2020, https://www.vozpopuli.com/gentleman/gentlemania/Historia-presente-futuro-metal-preciado_0_1411959018.html, vozpopuli,
[4] J. Bejar, L. Álvarez-Contreras, J. Ledesma-García, N. Arjona, L. G. Arriaga, J. Mater. Chem. A 8 (2020) 8554-8565.