Fundamentos de la batería: un amigable cambio ecológico

Si está leyendo esta entrada del blog, es muy probable que haya vivido en una casa donde había un paquete de baterías AA siempre listo para usarse y lo haya utilizado para encender la cámara digital y los dispositivos de Nintendo Game Boy. Probablemente, hubo un momento en que usted o sus padres compraron esas pequeñas baterías tipo botón para hacer funcionar los relojes de pulsera. Hoy en día, las baterías todavía están a nuestro alrededor. Las usamos en los juguetes a control remoto, los detectores de humo, las computadoras portátiles, las tabletas y los teléfonos inteligentes. También hay nuevas aplicaciones emergentes para baterías basadas en las tendencias del mercado, como la eliminación segura. Los parches del monitor continuo de glucosa (CGM), las etiquetas inteligentes para el envío de paquetes y las tarjetas de pago con pantalla de PIN de seguridad cambiantes son ejemplos de nuevas aplicaciones de baterías donde la eliminación segura es una prioridad principal.

Baterías de celdas primarias contra secundarias

¿Por qué el viaje por el camino de la memoria y hacia el futuro? Si puede sentirse identificado con alguna de las memorias o aplicaciones emergentes descritas más arriba, entonces, ya sabe algo sobre las dos categorías más comunes de las baterías: primaria y secundaria. Las baterías de celdas primarias son baterías no recargables. Las baterías AA utilizadas en su cámara digital antigua o la de tipo botón CR2032 utilizada en el reloj de su papá son ejemplos de baterías de celda primaria. Por el contrario, la batería de ion de litio (Li-ion) que su teléfono inteligente probablemente tiene es recargable. Las baterías que son recargables se conocen como baterías de celda secundaria. En resumen:

• Baterías de celda primaria: no recargables; los ejemplos incluyen baterías alcalinas y de litio.
• Baterías de celda secundarias: recargables; los ejemplos incluyen baterías de iones de litio (Li-ion), níquel-cadmio (NiCd), hidruro de níquel-metal (NiMH), etc.

Ambos tipos de baterías tienen una gran cantidad de energía para su pequeño tamaño, pero tienen sus inconvenientes medioambientales y de energía. Por ejemplo, las baterías de ion de litio de celda primaria históricamente han tenido una mayor densidad de energía que sus contrapartes de ion de litio recargables, pero deben desecharse después de un uso (Sciencing). Aunque el estado recargable de una batería de celda secundaria puede parecer mejor para el ambiente inicialmente, después de recargarse muchas veces, también se vuelven ineficaces y deben desecharse.

Baterías desechables de película delgada: Una alternativa sostenible

(Fuente de la imagen: Molex)

Hay muchas subcategorías y tipos de baterías diferentes, pero un sector en el mundo de las baterías que recibe más atención de la creciente Internet de las cosas (IoT), los ponibles y los mercados de sensores ambientales es el de las baterías de película delgada, impresas y flexibles (IDTechEx). Para simplificar, centraremos nuestra atención en la categoría general de baterías impresas, flexibles, de película delgada, conocidas como baterías de película delgada de estado sólido. Este nombre nos da un poco más de información sobre el tipo de batería que se está analizando. Las baterías de estado sólido son solo eso: sólidas, sin geles ni líquidos dentro de su estructura (Qnovo). Las baterías de película delgada están diseñadas y fabricadas con capas o películas de materiales muy finas y su diseño delgado es parte de lo que las hace tan flexibles y atractivas para el mercado de sensores portátiles. Muchas de estas baterías de película delgada de estado sólido satisfacen las necesidades del mercado en cuanto a delgadez y flexibilidad, pero, a menudo, aún están diseñadas con productos químicos a base de litio u otros productos químicos que las hacen potencialmente tóxicas para el medio ambiente.

El uso generalizado y la toxicidad de ciertas baterías se vuelven problemáticos cuando consideramos la gran cantidad de baterías que se desechan cada año. A medida que aumenta la demanda de dispositivos electrónicos, como computadoras portátiles y teléfonos inteligentes, también aumenta su contribución a la cantidad de desechos generados cada año (Sciencing). Por lo general, las baterías no son biodegradables y, si se desechan sin cuidado, se corre el riesgo de liberar metales tóxicos y sustancias químicas al suelo. Muchos países ahora tienen regulaciones sobre la eliminación de baterías y ofrecen programas de reciclaje. Estos programas ayudan a reciclar el metal de las baterías y pueden ayudar a frenar los impactos negativos de su eliminación en el medio ambiente.

Las regulaciones sobre la eliminación de baterías, junto con la creciente necesidad de alimentar y conectar más dispositivos a la Internet de las cosas, están motivando a las compañías a explorar alternativas a los químicos peligrosos de las baterías que sean seguros y sostenibles. La nueva línea de baterías de película delgada de Molex es una de esas soluciones. A diferencia de sus primas de batería de litio, las baterías están diseñadas con una química de dióxido de manganeso de zinc y son más seguras y convenientes para el usuario final.

La ventaja de Molex

La Internet de las cosas ha ayudado a expandir las aplicaciones de transmisión inalámbrica, como los dispositivos de detección portátiles y las etiquetas inteligentes alimentadas. Sin embargo, muchas baterías impresas no pueden proporcionar la corriente máxima requerida para la transmisión inalámbrica de datos. Molex responde a este desafío al ofrecer baterías de película delgada que cumplen con estos requisitos de corriente máxima. Además, nuestras baterías son de bajo perfil, flexibles y más seguras de desechar que los productos químicos a base de litio. Las baterías de película delgada de Molex tienen varias características y ventajas únicas. Licenciamos una tecnología única que nos permite fabricar el ánodo y el cátodo en un mismo plano. Esta construcción vertical permite reducir la resistencia interna y el espacio. Una crítica a las fuentes de energía a base de litio es el peligro de autoignición cuando no se manejan con cuidado. Por el contrario, las baterías de película delgada de Molex son estables en condiciones normales de almacenamiento y funcionamiento. Se consideran no peligrosas y se pueden desechar en la basura municipal normal. Estas baterías también tienen una corriente máxima y una capacidad utilizable más altas que las baterías con productos químicos similares, lo cual es importante para los dispositivos que detectan o transmiten datos de forma inalámbrica. El factor de forma delgado y flexible de las baterías les permite doblarse sobre superficies curvas para adaptarse a una amplia variedad de productos y aumentar la flexibilidad del diseño. Por último, las baterías están disponibles en una configuración de 1.5 V y 3 V, y las características descritas arriba las hacen ideales para aplicaciones de un solo uso y de bajo consumo.

Poner en funcionamiento las baterías de película delgada

Los casos de uso de la vida real ayudan a resaltar aplicaciones donde las características, como el bajo perfil, la flexibilidad, la desechabilidad y el espacio reducido son altamente valoradas y donde podemos esperar que el mercado de baterías de película delgada continúe creciendo. Un caso de uso particularmente interesante es el uso de baterías de película delgada en etiquetas de temperatura inteligentes de frecuencia ultraalta (UHF). Las etiquetas tienen aproximadamente el tamaño de una tarjeta de crédito y son un poco más gruesas que las impresoras estándar. Los gerentes de logística de la cadena de frío las utilizan para productos sensibles a la temperatura. Estas etiquetas de temperatura inteligentes utilizan una combinación de tecnologías que incluyen RFID, detección inteligente de temperatura y baterías de película delgada impresas para realizar un seguimiento preciso del tiempo y la temperatura durante el transporte y almacenamiento del producto (Enfucell).

Además, los mercados de consumidores, cosméticos y médicos están experimentando con aplicaciones para baterías de película delgada. En la encrucijada de los mercados de consumidores y cosméticos, hay una aplicación electrificada de máscara ocular. La máscara cuenta con un dispositivo de microcorriente compuesto por la batería flexible impresa, electrodos, cinta adhesiva y una hoja de cubierta (Enfucell). La colocación del parche en la piel crea instantáneamente un bucle de corriente y el cosmético fluye desde los electrodos activos en la máscara hasta la piel (Enfucell). Otras aplicaciones del mercado de consumo de baterías de película delgada son dispositivos electrónicos portátiles y de monitoreo deportivo, incluido un parche de sensor Bluetooth de baja energía (BLE) que se adhiere al lado de la cabeza de un palo de golf para medir la aceleración y la velocidad angular (Enfucell). Las aplicaciones médicas para las baterías desechables de película delgada incluyen dispositivos de diagnóstico, terapéuticos y de monitoreo para pacientes.

En los últimos 200 años, se han logrado grandes avances en el desarrollo de nuevos y diferentes tipos de baterías para satisfacer a un mundo cada vez más hambriento de encender los muchos dispositivos y aplicaciones que utilizamos todos los días. Más recientemente, las empresas han comenzado a desarrollar baterías fabricadas con materiales que son abundantes, sostenibles y seguros tanto para el medio ambiente como para las personas. Las baterías impresas, flexibles, de película delgada, con compuestos químicos orgánicos, como el dióxido de magnesio y zinc (que se destaca en este video) y los compuestos químicos relacionados, son evidencia de un nuevo futuro más respetuoso con el medio ambiente para las baterías. Mercados, como el industrial, Internet de las cosas, consumidor y el médico ya han experimentado y fabricado con éxito productos que funcionan con baterías de película delgada. Se necesita más desarrollo para aumentar la capacidad y la fabricación de estas baterías, pero una pregunta acuciante continúa siendo lo que impulsa a los desarrolladores: ¿en qué otro lugar podemos usar las baterías de película delgada?