Avances en baterías para portátiles ¿Cómo ganar mas autonomía?

Aquí te mostraré el starte-of-the-art sobre las tecnologías más punteras que llegarán a las futuras baterías para equipos portátiles, aportando mayor autonomía, durabilidad, haciendo las baterías más verdes y reciclables, a la par que se aumenta la densidad de energía almacenada, bajando su tamaño y peso. Algo vital para los equipos portátiles que ahora están limitados por la tecnología actual de litio…

Perspectivas para las baterías de portátiles

Por el momento, las baterías de Li-Ion y Li-Po han tenido leves mejoras para seguir aumentando la densidad de energía almacenada, aligerar peso, y hacerlas más compactas. Poco a poco ha ido creciendo su capacidad, desde los primeros portátiles de los 80s, con baterías de Ni-Cd con efecto memoria bastante alto, además de gran toxicidad por el cadmio, pasando por las de Ni-MH de los 90s con mejoras respecto al efecto memoria, pero aún pesadas. Hasta que a finales de los 90s llegaron las de litio, con casi ausencia del efecto memoria y más ligeras y con mayor densidad de energía.

Los primeros portátiles tenían una autonomía mínima, que no solía superar la hora o las dos horas, ya que la capacidad en mAh era muy baja. Sin embargo, en esa época, la autonomía no era un factor de marketing clave como ahora. Durante la década de los 90s, la autonomía aumentó hasta alcanzar las 4 horas en algunos casos, con miles de mAh. Actualmente, tenemos autonomías medias de 6-8h e incluso equipos que pueden superar las 20h con baterías que superan los 10.000 mAh en muchos casos.

Si vemos el panorama futuro, algunos fabricantes trabajan para ver portátiles que ofrezcan entre un 20-30% más de autonomía para 2027, y seguir mejorando a partir de eso de ahí en adelante…

Te podría interesar leer sobre cuáles son los mejores portátiles

Tecnologías para mejorar la autonomía de las baterías de portátiles

Para llegar a esas cifras y seguir mejorando la capacidad, peso, volumen, eficiencia y durabilidad de las baterías, además de hacerlas más fáciles de reciclar, veremos tecnologías como:

Ánodos de silicio

Ya hay prototipos comerciales (ej. startups como Sila Nanotechnologies o Amprius) que fabrican ánodos con porcentaje parcial de silicio, lo que mejora un 20–40 % la densidad energética sin comprometer demasiado la durabilidad. También se investigan en mejoras como el uso de nanoestructuras de silicio (nanohilos y nanopartículas) que permiten absorber la expansión sin romperse, mejorando la fiabilidad.

Otras líneas de investigación pasan por materiales composites silicio-carbono más estables, o en recubrimientos elásticos usando polímeros conductores para reducir el estrés mecánico de estas pilas.

• Ventaja: el silicio puede almacenar hasta 10 veces más iones de litio por unidad de masa que el grafito. Esto se traduce en la posibilidad de fabricar baterías con igual capacidad en la mitad de peso y volumen, o baterías de mayor autonomía en el mismo espacio físico.
• Problema técnico: el silicio sufre una expansión volumétrica de hasta 300 % durante los ciclos de carga y descarga, lo que causa fracturas y pérdida de capacidad, siendo baterías aún inestables.

Cátodos de alta capacidad

Otras investigaciones y empresas están centrando su atención en el otro lado de la batería, es decir, el cátodo, para crear lo que se conoce como cátodos de alta capacidad. Para ello, podemos tener:

• Materiales ricos en níquel (NMC, NCA): incrementan la densidad energética frente a los tradicionales ricos en cobalto, aunque presentan problemas de estabilidad térmica.
• Cátodos de litio-azufre (Li-S): el azufre es barato y abundante, y ofrece una capacidad teórica muy alta. El reto está en la pérdida de material activo por disolución de polisulfuros y la rápida degradación tras pocos ciclos.
• Cátodos sin metales críticos: se investiga en compuestos que reduzcan o eliminen el uso de cobalto, por motivos de coste y sostenibilidad.

Electrolitos sólidos

El estado sólido no solo ha llegado a la electrónica, también a las baterías, con varios frentes de investigación actuales. La idea es sustituir sustituyen el electrolito líquido por materiales cerámicos, poliméricos u otros compuestos sólidos. Toyota, Samsung o QuantumScape, entre otros, esperan comenzar a lanzar prototipos comerciales a partir de 2027, inicialmente para vehículos, pero con posible salto para portátiles.

• Ventajas: este tipo de baterías tiene mayor seguridad (menor riesgo de fuga o combustión). Por otro lado, también permiten la posibilidad de usar ánodos de litio metálico, aumentando la capacidad.
• Retos: uno de los mayores problemas es que tienen una alta resistencia interna, lo que se traduce en menor velocidad de carga/descarga. También se necesita reducir las dificultades en el contacto estable entre electrolito sólido y electrodos.

Baterías de Sodio-Ion

Otra de las ideas clave para futuras baterías es el uso de sodio en lugar de litio. Algunos fabricantes, como Samsung, ya han mostrado interés para crear este tipo de baterías para usarlas en dispositivos móviles y portátiles. De hecho, podrían ser atractivas en segmentos de bajo coste o para países con acceso limitado a litio, pero aún no igualan en autonomía a las de litio-ion premium y necesitan seguir su desarrollo…

• Ventajas: el sodio es mucho más abundante y barato que el litio. También tiene mejor rendimiento en climas fríos.
• Desventajas: por ahora, se consigue una menor densidad energética (~20–30 % menos que litio-ion).

Supercondensadores híbridos

Si combinamos lo mejor de ambos mundos, como las ventajas de los supercondensadores y de las baterías, entonces tenemos lo que se llama como supercondensador híbrido o hybrid supercapacitor. Otra línea más de investigación que podría llegar a los equipos que dependen de batería, incluidos los portátiles. Gracias a ellos, se pueden conseguir cargas ultrarrápidas y ciclos de vida extremadamente largos.

¿El problema? Los prototipos actuales tienen una baja densidad energética, lo que los hace inviables como reemplazo directo de las baterías por ahora…

Tecnologías de gestión inteligentes

Más allá de la química de las baterías, también se desarrollan sistemas inteligentes de gestión energética que pueden extender su vida útil y rendimiento en portátiles. Por ejemplo, por qué no aprovechar la capacidad de la IA para tener sistemas BMS (Battery Management Systems) más avanzados…

La idea es usar un pequeño ordenador embebido en el BMS de la batería para ejecutar algoritmos de IA que puedan optimizar los ciclos de carga y descarga. Por ejemplo, conseguir ajustes de voltajes y corrientes según la temperatura y estado de las celdas de la batería para conseguir una carga adaptativa. También podrían optimizar el consumo y entrega de energía, además de activar sistemas de refrigeración que eviten el sobrecalentamiento durante carga rápida.

¡No olvides comentar!