Se están probando baterías nucleares de larga vida que obtienen su energía a partir de unos isótopos del hidrógeno. Se usarán en aplicaciones militares
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Potencia nuclear: El paquete dentro de esta batería isotópica contiene capas de carburo de silicio y láminas de metal en las que se ha insertado tritio, un isótopo radioactivo. Cuando los electrones de alta energía emitidos por la desintegración del tritio alcanzan al carburo de silicio, se produce una corriente eléctrica que se entrega desde la célula a través de sus patas metálicas. Estas baterías están diseñadas para durar 25 años. Fuente: Widetronix
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Las baterías que obtienen energía a partir de la desintegración nuclear de isótopos pueden producir voltajes a corrientes muy bajas, pero durarán décadas sin tener que ser reemplazadas.
Una compañía con sede en Ithaca, Nueva York, está desarrollando una nueva versión de este tipo de baterías, a las que se les llama betavoltaicas. Las pruebas de funcionamiento de este dispositivo las hará Lockheed Martin.
Potencialmente, las baterías servirían para suministrar energía a los circuitos eléctricos que protegen a los misiles y los aviones militares contra los intentos de intromisión por medio de la destrucción de la información almacenada en los sistemas, o por medio del envío de una señal de alarma a un centro militar. Se espera que las baterías lleguen a durar 25 años. La compañía, llamada Widetronix, también está trabajando en conjunto con fabricantes de dispositivos médicos para desarrollar baterías para dispositivos médicos implantables que puedan durar décadas.
Las baterías de Widetronix funcionan por la desintegración de un isótopo del hidrógeno llamado tritio en electrones de alta energía. Las células solares utilizan semiconductores como el silicio para capturar la energía de los fotones en la luz solar, y las células betavoltaicas utilizan un semiconductor para capturar la energía de los electrones que se producen durante la desintegración nuclear de los isótopos. A este tipo de desintegración nuclear se la denomina “desintegración beta”, debido al tipo de electrones de alta energía que se producen, llamados partículas beta. El ciclo de vida útil de los dispositivos betavoltaicos depende de las vida mediade los radioisótopos de los que obtienen su energía, que va desde unos pocos años hasta 100 años. Para construir una batería que dure 25 años a partir del tritio, que tiene una vida media de 12,3 años, Widetronix carga el paquete con el doble de tritio del que se necesita inicialmente. Estos dispositivos pueden soportar condiciones más duras que las baterías químicas. Esto, junto a sus largas vidas, es lo que hace que los dispositivos betavoltaicos sean tan atractivos como fuente de energía para los implantes médicos y para las detecciones militares remotas en ambientes extremadamente calientes y fríos.
El concepto en que se basan los dispositivos betavoltaicos tiene alrededor de 50 años de edad. Los primeros marcapasos utilizaban tecnología betavoltaica basada en el elemento radioactivo conocido como prometio, aunque este tipo de dispositivos se dejaron de usar una vez se empezaron a desarrollar las baterías de litio-ion. La tecnología está resurgiendo, afirma Peter Cabauy, director general de otra compañía betavoltaica, City Labs, con sede en Miami, puesto que los materiales semiconductores han mejorado muchísimo. Los materiales semiconductores iniciales no eran lo suficientemente eficientes a la hora de convertir los electrones de la desintegración beta en corriente utilizable, por lo que tenían que usar isótopos de energía más alta, más caros, y potencialmente más peligrosos. Los materiales semiconductores más eficientes se pueden emparejar con isótopos relativamente benignos tales como el tritio, que produce una débil radiación.
Las baterías de Widetronix están hechas de una lámina metálica impregnada con isótopos de tritio y un delgado chip de carburo de silicio semiconductor, capaz de convertir en corriente eléctrica el 30 por ciento de las partículas beta que golpean sobre él. “El carburo de silicio es muy robusto, y cuando lo hacemos más delgado, se vuelve flexible”, afirma el director general de Widetronix, Jonathan Greene. “Al apilar chips y áaminas en un paquete de un centímetro cuadrado y dos décimas de centímetro de alto, obtenemos un producto que entrega un microvatio”. El prototipo que está siendo probado por Lockheed Martin produce 25 nanovatios de potencia.
Los dispositivos betavoltaicos no son muy potentes. Su potencia no suficiente, ni mucho menos, para alimentar un ordenador portátil o un teléfono móvil. Sin embargo su densidad de energía es alta: almacenan mucha energía en películas de sólo unos micrómetros de grosor y se pueden fabricar en paquetes muy pequeños. “Nos estamos enfocando en sitiso donde se necesite una gran duración de vida y densidad de energía”, afirma Greene.
Uno de los casos es en la vigilancia de los equipamientos militares. “Todo lo que sale del Departamento de Defensa tiene que llevar consigo un tipo de protección anti-interferencias, para que si alguien acaba haciéndose con la cabeza buscadora de un misil, o con un avión entero, sea difícil llevar a cabo la ingeniería inversa”, afirma Christian Adams, químico en el departamento de Misiles y Control de Fuego de Lockheed Martin. Los chips de memoria que controlan este tipo de sistemas anti-interferencia, afirma Adams, requieren bajos niveles de energía continua durante largos periodos de tiempo. Las especificaciones militares también requieren que estos dispositivos soporten condiciones extremas, que las baterías normales no son capaces de tolerar. Tienen que operar en temperaturas que van desde los -65 a los 150 ºC y también soportar vibraciones de alta frecuencia, garn humedad y ráfagas de sal. “Si la batería se congela o se vacía, el circuito de memoria pierde su configuración”, y el dispositivo falla, afirma Adams.
“Widetronix es la primera compañía en crear algo que se pueda poner a prueba bajo las especificaciones militares”, señala Adams. Lockheed recibió los prototipos de la compañía la semana pasada. Si los dispositivos betavoltaicos pasan el test, es probable que Lockheed los use en los aparatos anti-interferencia de aquí a un año, afirma.
Lockheed también está trabajando con la compañía para desarrollar dispositivos betavoltaicos de mayor potencia para la vigilancia remota de misiles. Enviar una señal de radio que diga “Todo va bien” requiere el uso de microvatios de potencia, afirma Adams. Widetronix también está probando sus baterías con la compañía de dispositivos médicos Welch Allyn. Espera vender las baterías por 500 dólares.
Desde City Labs, Cabauy afirma que aunque las perspectivas del uso de baterías nucleares, especialmente para implantes médicos, puede que despierte ciertas preocupaciones, el tritio es seguro. Al margen de la partícula beta, entre los otros productos de desintegración del tritio están un antineutrino y un isótopo del helio que no es radioactivo. “Un trozo de papel puede detener la radiación del tritio”, afirma Cabauy.
Puede que la promesa para el futuro de los dispositivos betavoltaicos se encuentre en la creación de sensores de muy bajo precio, incrustados en edificios y puentes donde “jamás necesitemos cambiar la batería”, afirma Amit Lal, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad Cornell. Sin embargo, esto requeriría que compañías como Widetronix utilizasen materiales con una mayor vida media, tales como los isótopos de níquel, que pueden durar hasta 100 años. Aunque el tritio tiene una vida media de sólo 12,3 años, una de sus ventajas principales, al margen de la seguridad, es que se puede conseguir de forma económica a partir de reactores nucleares canadienses que producen aguas pesadas como subproducto. Los isótopos de mayor vida media, como el níquel-63, se deben comprar en el extranjero a precios muy altos.
“Desde el fin de la Guerra Fría, no hay apoyo gubernamental para la infraestructura radioisotópica en los Estados Unidos”, afirma Lal. “Fabricar baterías que duren toda la vida puede que sea una buena razón para construir dicha infraestructura”.
Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti
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