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Es posible que estés leyendo esto desde un dispositivo que funciona con una batería. En pleno 2025, no quedan demasiados productos electrónicos que no tengan una en su interior. Desde el teléfono móvil hasta la tableta, pasando por los auriculares Bluetooth, el ordenador portátil, el smartwatch, la cámara fotográfica compacta, el mando de la videoconsola y un largo etcétera casi interminable que incluye a los vehículos eléctricos. Vivimos rodeados de cables, con el miedo de que su energía se agote en el momento más inoportuno y no tengamos un enchufe cerca.
Existen varios tipos de baterías. Básicamente, se clasifican en dos tipos: no recargables y recargables. Las primeras son comunes en controles remotos, linternas, juguetes o videoconsolas portátiles de hace algo más de un par de décadas, como la Game Boy Advance, vigente entre 2001 y 2008. Las segundas son las más utilizadas en dispositivos modernos, y están en constante evolución para adaptarse a los nuevos tiempos y necesidades del ser humano, como los coches eléctricos.
Dentro de la categoría de baterías recargables encontramos las de Níquel-Cadmio (NiCd), que son muy resistentes, tóxicas y con efecto memoria; las de Plomo-Ácido, que a pesar de ser pesadas y voluminosas son relativamente baratas, y las de Ion de Litio (Li-ion), las más comunes por estar presentes en smartphones, tabletas y ordenadores portátiles. Destacan por su alta densidad energética, ligereza y una vida útil algo limitada por los ciclos de carga. Sin embargo, las baterías de Ion de Litio se están tomando como base para desarrollar tecnologías más eficientes y prometedoras, como las de Polímero de Litio (Li-Po) o Sodio-Ión (Na-ion).
En un mundo ideal, las baterías recargables permitirían alimentar a dispositivos energéticamente existentes durante muchas semanas sin tener que pasar por “boxes”. Se están haciendo grandes avances al respecto, pero todavía queda mucho tiempo hasta que veamos una solución comercial. Mientras tanto, se sigue estudiando, y un superordenador de Estados Unidos está utilizando rayos X muy brillantes para acelerar la investigación.
Los rayos X permiten ver cómo se comportan los elementos de las baterías al cargarse y descargarse
Un grupo de investigadores del Laboratorio Nacional Argonne (el primer laboratorio nacional de investigación ciencia e ingeniería de los Estados Unidos, y el mayor laboratorio nacional por tamaño y alcance en el Medio Oeste), que desarrolla un amplio catálogo de tecnologías relacionadas con el almacenamiento de energía, energías renovables, sostenibilidad ambiental y seguridad nacional, ha combinado la Fuente de Fotones Avanzada (APS) y el superordenador de exaescala Aurora para acelerar la búsqueda de mejores baterías.
El superordenador Aurora es uno de los más potentes del mundo. Está diseñado para realizar más de un trillón de operaciones de punto flotante por segundo. Con una arquitectura basada en los procesadores Intel Xeon CPU Max Series e Intel Data Center GPU Max Series, fue construido por HPE (Hewlett Packard Enterprise) sobre su plataforma Cray EX. Se utiliza para investigar inteligencia artificial y aprendizaje automático, además de realizar modelados de clima y simulaciones de cambio climático, así como investigación biomédica, descubrimiento de fármacos y, como hemos mencionado anteriormente, energía y materiales avanzados.
La combinación de APS y el superordenador permitirá a los científicos diseñar, probar y optimizar las tecnologías de almacenamiento de energía. Con el tiempo, la intención es crear un circuito autónomo donde la IA desempeñe un papel crucial en la realización de experimentos de prueba y error utilizando esta combinación para analizar los materiales recién creados, y que la participación del ser humano durante el proceso sea mínima.
La Fuente Avanzada de Fotones, ubicada en el Laboratorio Nacional de Argonne, es una instalación de investigación científica que genera rayos X de alta energía y ultrabrillantes acelerando electrones a casi la velocidad de la luz. Acaba de completarse recientemente una actualización integral que aumentó el brillo de sus rayos X hasta 500 veces.
El aumento masivo de brillo permite a los investigadores estudiar los materiales de las baterías con un nivel de detalle sin precedentes, no solo investigando el cátodo y el ánodo, sino también pequeños defectos estructurales que podrían afectar el rendimiento. Stefan Vogt, científico de rayos X de Argonne, explicó que esta actualización ayudará a los investigadores a estudiar las baterías en acción mientras se cargan y descargan en tiempo real, con mucha mejor precisión.
Argonne sueña con un laboratorio autónomo donde se prueba los nuevos materiales para baterías con APS y Aurora, el superordenador, los analiza instantáneamente. Argonne ha construido una conexión de terabits por segundo entre ambos sistemas para conectar la red, garantizando una transferencia de datos fluida y de alta velocidad, permitiendo a los investigadores procesar los datos mientras se ejecuta un experimento.
La alta resolución del APS ayuda a los investigadores a rastrear electrones iones y cambios a nivel atómico dentro de las baterías. Puede revelar los estados electrónicos de materiales de cátodo comunes, como níquel, cobalto y manganeso, proporcionando información sobre cómo se comportan estos elementos cuando una batería se carga o descarga.