Investigadores nipones desarrollan un nuevo tipo de batería a pila, enterrada, que genera electricidad.

Michael Irving./ Journal of Materials Chemistry A

La energía térmica se encuentra en cualquier parte del mundo, incluida la geotérmica, dice el informe de los investigadores S. Matsushita, T. Araki, B. Mei, S. Sugawara, Y. Inagawa, J. Nishiyama, T. Isobe y A. Nakajima, del Instituto Tecnológico de Tokio. El equipo nipón ha desplegado un nuevo tipo de batería que podría suministrar energía de forma semipermanente simplemente enterrándola en un yacimiento geotérmico y encender y apagar el interruptor. «Examinamos el proceso final de descarga de una celda térmica sensibilizada (STC), un nuevo sistema de conversión de energía térmica para generar energía eléctrica a partir del calor», señalan en su informe. «Para observar este proceso de terminación, construimos un nuevo sistema STC utilizando un semiconductor de banda estrecha, germanio (Ge), y encontramos que las características de la batería se restablecían después de descargarla colocando o enterrándola en una fuente de calor. Este descubrimiento debería acercarnos más a la solución de problemas energéticos globales».

La mayoría de los sistemas geotérmicos funcionan con agua calentada por rocas calientes a unos pocos kilómetros de profundidad. Esa agua está presente de forma natural y se bombea a la superficie, se retorna al subsuelo, se calienta y se bombea nuevamente hacia arriba. Estos sistemas de generación geotérmica necesitan altas temperaturas, en torno a los 180 ° C para funcionar.

Sin sondas

Pero los investigadores japoneses detrás del nuevo estudio dicen que tienen un método más directo. Su diseño está formado por celdas térmicas sensibilizadas (STC), que pueden generar electricidad a temperaturas por debajo de los 100 ° C, sin necesidad de sondas transportadoras del calor desde los yacimientos a través de agua o vapor.

Diagrama del funcionamiento de las células térmicas sensibilizadas (STC). El calor hace que los electrones se desplacen desde el semiconductor a la capa de transporte de electrones (ETM), luego a través de un circuito externo (el automóvil), al contraelectrodo, donde las reacciones redox transportan algunos iones de cobre nuevamente al semiconductor para reiniciar el ciclo./ Tokyo Tech

El STC es una batería compuesta por tres capas de material intercaladas entre dos electrodos. Una capa transporta electrones (ETM), otra capa semiconductora de germanio y una tercera de electrolito sólido que transporta iones de cobre. Esta batería está diseñada para ser enterrada en el yacimiento geotérmico.

El sistema se basa en que el calor geotérmico estimula los electrones en el semiconductor, lo que hace que se transfieran a la ETM. Esa capa, a su vez, los pasa a través del electrodo de un circuito externo y finalmente regresa al otro electrodo y al electrolito. Allí se producen reacciones de oxidación y reducción (redox), lo que conduce a los electrones de baja energía de vuelta al semiconductor, para reiniciar el ciclo nuevamente.

La cuestión que se planteaba el equipo inicialmente era por cuánto tiempo podría mantener el ciclo el dispositivo STC, o incluso si podría seguir funcionando indefinidamente. Durante las pruebas, encontraron su respuesta: eventualmente, el ciclo se para cuando las reacciones redox lo hacen, porque los diferentes tipos de iones de cobre terminan dispersos.

Batería enterrada

Pero curiosamente, el equipo se sorprendió al encontrar que la batería podría solucionar este problema, siempre y cuando esté enterrada en una fuente de calor. Entonces es cuestión de encender el circuito externo por un tiempo para recargarlo. Esto, dice el equipo, podría permitir que la batería suministre energía «semi-permanentemente».

«Con este diseño, el calor, generalmente considerado como energía de baja calidad, se convertiría en una gran fuente de energía renovable», dice Sachiko Matsushita, investigadora principal del estudio. «No hay miedo a la radiación, no hay miedo al petróleo caro, no hay inestabilidad en la generación de energía, como cuando se depende del sol o del viento».

El equipo dice que se necesitan mejorar el diseño, pero confía en que la batería se una pronto a las opciones de energía renovable disponible. En la imagen destacada géiseres geotérmicos en El Tito, desierto chileno de Atacama