A comienzos del año hablamos de uno de esos avances que prometían cambiar el sector de las pilas destinadas al mercado de consumo. China, a través de Betavolt Technology, anunciaba el éxito en laboratorio de una pila que funcionaba gracias a la energía atómica con la capacidad de durar medio siglo. La clave, entonces, era el níquel-63 y un sofisticado semiconductor de diamante. China acaba de doblar su apuesta con una pequeña batería nuclear fotovoltaica.
Una pila para “todo”. Un trabajo publicado en Nature (revisado por pares) y llevado a cabo por un grupo de investigadores de la Universidad Soochow en China asegura haber logrado una pequeña batería nuclear alimentada por desintegración radiactiva en lugar de reacciones químicas, una que podría durar décadas, incluso siglos, apuntan.
No solo eso. Tal y como subrayan, se trata del diseño más eficiente hasta la fecha hasta el punto de estar muy cerca de convertirse en realidad. ¿Cuánto? El trabajo afirma haber mejorado la eficiencia del diseño de una batería nuclear en un factor de 8.000 veces.
Una pila nuclear. Al parecer, los investigadores buscaban una forma de aprovechar los rayos alfa liberados por la descomposición de isótopos radiactivos en un campo en el que la mayoría de los avances se han centrado precisamente en la radiación beta. Aunque la creciente demanda de soluciones de energía limpia y fuentes de energía alternativas pequeñas y duraderas ha despertado un gran interés en la investigación de baterías nucleares, los radioisótopos alfa se consideran los contendientes más probables para una batería micronuclear.
¿La razón? Que la alta energía de desintegración de los radioisótopos alfa (entre cuatro y seis megaelectronvoltios (MeV)) ofrece, al menos en teoría, el potencial de superar con creces a los dispositivos de radioisótopos beta, cuyas energías de desintegración alcanzan varias decenas de kiloelectronvoltios (keV) en el mejor de los casos.
Un problema a resolver. Sin embargo, y como apuntan los científicos liderados por Wang Shuao, debido a su penetración extremadamente corta en los sólidos, las partículas alfa pierden energía sustancial a través del efecto de autoabsorción. “Esta autoabsorción reduce significativamente la potencia de salida real de las baterías micronucleares de radioisótopos alfa probadas a niveles muy por debajo de las expectativas teóricas”, cuenta el autor principal.
Wang, quien se ha pasado años centrado en las necesidades estratégicas de China para el desarrollo nuclear sostenible y la seguridad, se unió a un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología Nuclear del Noroeste y la Universidad de Xiangtan para diseñar esta batería nuclear que tiene una capa incorporada que funciona como un panel solar para utilizar de manera óptima la radiación alfa.
El ”truco”. Esa fue la clave, añadir a la ecuación lo que denominaron como un “convertidor de energía incorporado”, una capa de polímero que rodea los isótopos que transmite la energía liberada durante la radiación convirtiéndola en luz y luego en electricidad, al igual que una célula fotovoltaica. Utilizando sólo 11 microcurios del químico radiactivo sintético 243Am, el conjunto produjo radioluminiscencia visible a partir del rayo alfa emitido por la desintegración del isótopo.
Según sus análisis, los experimentos posteriores determinaron que la potencia de salida de la luminiscencia era de 11,88 nanovatios, con una eficiencia de conversión de energía de desintegración en luz que alcanzaba un impresionante 3,43%. El dispositivo, un tipo de batería nuclear fotovoltaica, convertía la radiactividad en energía eléctrica, “y tiene una vida útil extraordinariamente larga que funciona independientemente de las variaciones de temperatura”.
Números asombrosos. Siempre en clave experimental, el artículo afirma que esta batería experimental cuenta con una eficiencia total de conversión de energía del 0,889% y produce 139 microvatios por curio. Además, el diseño fue validado a través de pruebas experimentales y teóricas que mostraron esa mejora que comentamos de 8.000 veces en la eficiencia de conversión de energía en comparación con las arquitecturas de baterías convencionales.
Tal y como indican los autores, “el convertidor de energía es excepcionalmente estable, con parámetros de rendimiento casi inalterados durante 200 horas de funcionamiento continuo. Dado que la vida media del 243Am abarca varios siglos, la batería puede tener una vida útil igual”.
El futuro. Como en todo trabajo experimental, habrá que esperar para confirmar los números, pero el logro apunta a uno de los avances más significativos en el campo de las baterías nucleares en las últimas décadas, ya que no solo aborda las principales necesidades estratégicas en materia de seguridad nuclear y desarrollo nuclear sostenible (en este caso, de China), sino que también parece ofrecer un nuevo enfoque para la utilización de los recursos de los residuos nucleares.
En cuánto a su implementación, parece claro que mientras trabajan en mejorar aún más la eficiencia y la seguridad de la batería, el descubrimiento podría ser revolucionario de forma directa en áreas como la exploración espacial, las misiones en aguas profundas y los sistemas de seguimiento remoto donde se necesitan fuentes de energía autónomas y confiables.
Imagen | NOAA Ocean Exploration, Kai Li et al.
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