A comienzos de 1900, en Estados Unidos circulaban más coches eléctricos e híbridos que de gasolina. El gran cuello de botella era la batería de plomo‑ácido. Pesada, cara y con apenas unos 30 millas de autonomía, unos 50 kilómetros.
Edison estaba convencido de que la movilidad eléctrica era el futuro y apostó por una alternativa basada en níquel y hierro. Su objetivo era llegar a unas 100 millas de alcance, en torno a 160 kilómetros, y recargar en unas siete horas, que en aquella época era un tiempo razonable.
Entonces ¿por qué no triunfó su idea? Por un lado, la batería liberaba hidrógeno durante la carga, con los problemas de seguridad que eso implica. Por otro, los motores de combustión mejoraban a gran velocidad y ofrecían más autonomía y comodidad. La historia se inclinó hacia la gasolina y la batería de níquel‑hierro quedó relegada a un papel casi anecdótico durante décadas.
La clave actual está en lo muy pequeño
Más de un siglo después, un consorcio de universidades liderado por UCLA y la Universidad Tarbiat Modares ha vuelto a esa vieja química de níquel‑hierro con herramientas del siglo XXI. El resultado es un dispositivo híbrido de almacenamiento de energía que se recarga en cuestión de segundos y mantiene su rendimiento tras más de 12.000 ciclos completos de carga y descarga.
La idea base es sencilla de explicar. Los investigadores utilizan proteínas procedentes de subproductos de la industria cárnica como si fueran un andamio. Sobre esas proteínas crecen diminutos grupos de átomos de níquel para el electrodo positivo y de hierro para el negativo. Son nanoclústeres de menos de cinco nanómetros. Para hacerse una idea, harían falta entre 10.000 y 20.000 de estos grupos alineados para igualar el grosor de un cabello humano.
Estas proteínas se combinan con óxido de grafeno, un material bidimensional formado por láminas de carbono de un solo átomo de grosor. Después se aplica calor en agua y posteriormente a alta temperatura. En ese proceso las proteínas se carbonizan y el óxido de grafeno se reduce, atrapando los nanoclústeres metálicos en una estructura tipo aerogel que está formada en torno al 99 por ciento por aire. Cuanto más hueca y porosa es la estructura, más superficie queda disponible para que ocurran las reacciones de la batería.
El coautor Maher El‑Kady resume que la gracia del método es que, pese a sonar a alta tecnología, el proceso usa ingredientes comunes y pasos térmicos relativamente sencillos. En sus palabras, la nanotecnia aquí es «sorprendentemente simple y directa».
Qué aporta a las energías renovables
La gran ventaja de este diseño no es tanto cuánta energía almacena por kilo, sino cómo la entrega. Al ser tan pequeños, casi todos los átomos de cada nanoclúster participan en la reacción. En la práctica esto significa cargas y descargas mucho más rápidas, una eficiencia alta y una degradación muy lenta con el paso de los ciclos.
¿Significa esto que veremos pronto coches eléctricos con baterías de níquel‑hierro al estilo Edison? De momento no. Los propios investigadores reconocen que la densidad energética sigue por debajo de las baterías de ion-litio actuales, las que ya llevan los vehículos eléctricos. En un coche, donde cada kilo cuenta para la autonomía, esta química todavía tiene desventaja.
Donde sí encaja bien es en aplicaciones estacionarias. Por ejemplo, para almacenar los excedentes de las plantas solares cuando el sol pega fuerte y la demanda es baja, y soltar esa energía horas después, cuando la gente llega a casa y enciende luces, electrodomésticos o el aire acondicionado. También podría servir como respaldo rápido en centros de datos y otras infraestructuras críticas, donde un corte de luz de segundos puede salir muy caro.
Hay además un matiz ambiental importante. Esta batería usa principalmente hierro y níquel, metales abundantes y relativamente poco tóxicos. Esto permite evitar parte de los problemas sociales y ecológicos asociados a la minería de litio y, sobre todo, de cobalto, muy presentes en algunas baterías actuales. Y al tratarse de un sistema muy duradero, que puede funcionar durante décadas, se reduce la necesidad de sustituir y reciclar baterías con tanta frecuencia.
Lo que viene ahora
El trabajo que firma, entre otros, el grupo de Ric Kaner en UCLA y colegas de Irán, China y Egipto demuestra que la vieja intuición de Edison no iba desencaminada. Pero los propios autores admiten que aún falta pasar del laboratorio a sistemas piloto a gran escala. Entre las siguientes tareas está probar otros metales, buscar alternativas de origen vegetal a las proteínas bovinas y estudiar cómo escalar la fabricación sin disparar los costes.
Para el lector que mira su factura de la luz y se pregunta cuándo notará estos avances, la respuesta prudente es que todavía llevará tiempo. La buena noticia es que la ciencia de materiales va abriendo opciones para almacenar mejor la energía renovable que ya producimos, algo clave si queremos que el viento y el sol sostengan cada vez más nuestro sistema eléctrico.
El estudio científico oficial, titulado «Protein‑Templated Fe and Ni Subnanoclusters for Advanced Energy Storage and Electrocatalysis», se ha publicado en la revista científica Small.
Foto: Maher El-Kady / UCLA
