El mundo de la tecnología anhela constantemente el progreso, y una de las áreas más críticas donde la innovación no solo es deseable sino necesaria es el almacenamiento de energía. Nuestras baterías modernas, a pesar de décadas de perfeccionamiento, a menudo luchan por mantener el ritmo de las crecientes demandas de tecnologías avanzadas como los vehículos eléctricos o las aplicaciones en condiciones extremas. Pero en este entorno desafiante, nacen ideas que tienen el potencial de cambiar fundamentalmente el juego.

Una de esas chispas de innovación brilló en la Universidad de California en San Diego (UC San Diego), impulsada por la inusual curiosidad de un estudiante de posgrado. Observando una lata ordinaria de aire comprimido para limpiar teclados, se preguntó si un principio similar podría aplicarse en el mundo de las baterías. Esta idea inicial, apoyada por un ecosistema universitario que fomenta la investigación y la libertad creativa, se convirtió en una nueva y prometedora tecnología de baterías capaz de mejorar significativamente el rendimiento, la seguridad y la versatilidad de las baterías. Esta historia ilustra cómo la curiosidad fundamental, con el apoyo adecuado, puede conducir a descubrimientos revolucionarios.

La necesidad de un renacimiento energético en la industria de las baterías

La tecnología existente de iones de litio, comercializada hace más de tres décadas, enfrenta limitaciones inherentes. Aunque se han logrado mejoras significativas en la densidad de energía y la reducción de costos, en gran parte gracias a los avances en los procesos de fabricación, la química fundamental –que se basa en un ánodo de grafito, un cátodo de óxido metálico y un electrolito líquido– ha permanecido en gran medida sin cambios. Originalmente diseñadas para la electrónica de consumo como teléfonos móviles y ordenadores portátiles, estas baterías ahora se están integrando masivamente en sistemas mucho más grandes, como los vehículos eléctricos, lo que exige cambios radicales en la composición química.

Expertos de todo el mundo están explorando diversas alternativas, incluidos los ánodos de silicio, los cátodos de azufre y los electrolitos de estado sólido. Cada uno de estos enfoques tiene sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, los electrolitos de estado sólido prometen una mayor densidad de energía y seguridad, pero su producción en masa podría ser más costosa y requerir tiempos de desarrollo más largos. Por lo tanto, la búsqueda de una tecnología transformadora que satisfaga las futuras necesidades energéticas es más intensa que nunca. Es probable que se utilice una combinación de múltiples tecnologías para diferentes aplicaciones: los vehículos eléctricos de alta gama, los automóviles más asequibles, las aeronaves y los drones tendrán requisitos específicos que la tecnología actual difícilmente puede cumplir.

South 8 Technologies: Revolución con gas licuado

En este entorno dinámico, destaca la empresa South 8 Technologies, una startup fundada y dirigida por antiguos alumnos de UC San Diego. Su contribución más significativa es la tecnología patentada de electrolito de gas licuado (Liquefied Gas Electrolyte o LiGasⓇ), que fue reconocida como una de las 200 mejores invenciones de 2024 por la revista TIME. Al reemplazar los electrolitos líquidos convencionales en las baterías de iones de litio con gases licuados, las baterías de South 8 logran un récord mundial en el rango de temperatura operativa: de -60 a +60 grados Celsius. En comparación, las baterías de iones de litio estándar pierden rendimiento ya a 0 o -10 grados Celsius.

Además de una impresionante resistencia a la temperatura, estas baterías también ofrecen una mayor densidad de energía por celda y una seguridad significativamente mejorada. Cyrus Rustomji, director científico y cofundador de South 8, quien obtuvo su doctorado en la Jacobs School of Engineering de UC San Diego en 2015, enfatiza otra ventaja clave: los materiales necesarios para la producción de baterías LiGasⓇ, incluidos los gases industriales disponibles comercialmente, se producen en grandes cantidades dentro de los EE. UU. Esto elimina la dependencia de proveedores extranjeros, lo que es un paso significativo hacia la independencia energética y la seguridad de la cadena de suministro. Rustomji cofundó la empresa con una colega, también exalumna de nanoingeniería en UC San Diego, Jungwoo Lee.

De una lata de aire comprimido a un avance tecnológico

El descubrimiento inicial que condujo a la tecnología LiGasⓇ ocurrió durante los estudios de doctorado de Rustomji en UC San Diego. Como él mismo dice, la idea se le ocurrió mientras estaba sentado en su escritorio. "Quizás estén familiarizados con esas pequeñas latas de aire comprimido que se usan para limpiar teclados. Estaba mirando una y me pregunté qué había realmente dentro. Le di la vuelta a la lata y leí: 'difluoroetano'."

El difluoroetano, como Rustomji comprendió rápidamente, es un gas único que puede licuarse bajo una presión moderada. No es tóxico, pero es lo suficientemente polar como para disolver sales, una propiedad clave para un electrolito. Dado que es esencialmente un gas, no se congela hasta temperaturas extremadamente bajas. "Me pregunté si esto podría permitir la creación de un electrolito de baja temperatura –líquido dentro de la celda bajo presión– y así abrir espacio para aplicaciones de baterías que funcionan a temperaturas ultrabajas", recuerda Rustomji. Investigaciones posteriores confirmaron sus suposiciones, revelando un rendimiento extraordinario a bajas temperaturas.

Con el tiempo, el equipo se dio cuenta de que esta tecnología también ofrecía otras ventajas, como una mayor seguridad, densidad de energía y capacidad de carga rápida, lo cual es particularmente importante para los vehículos eléctricos. "Nos dimos cuenta de que realmente podíamos hacer algo con esto", dice Rustomji. La decisión de fundar South 8 Technologies fue un paso lógico, con el objetivo de comercializar esta prometedora tecnología.

El papel del apoyo y la financiación universitarios

El desarrollo de la tecnología LiGasⓇ no habría sido posible sin el fuerte apoyo de la Universidad de California en San Diego. Rustomji destaca la excelencia de su escuela de ingeniería y la invaluable tutoría de la profesora de nanoingeniería Shirley Meng, una experta de renombre mundial en materiales para baterías. Su dirección le permitió adquirir una comprensión fundamental del estado actual de la tecnología de baterías y las necesidades futuras.

El acceso a equipos y recursos de última generación también fue crucial. La instalación de nanofabricación Nano3 (nanofabrication cleanroom facility), cuya creación fue financiada en gran parte por la National Science Foundation (NSF), fue fundamental en las primeras etapas de la comprensión de las tecnologías de baterías. "Nano3 cuenta con una excelente selección de herramientas espectroscópicas y de metrología, como SEM (microscopio electrónico de barrido), FIB (haz de iones enfocado) y E-beam (litografía por haz de electrones), que nos ayudaron enormemente a comprender las interacciones fundamentales dentro del dispositivo de batería", explica Rustomji. "UC San Diego simplemente tiene herramientas excelentes que permiten una mejor comprensión fundamental de los materiales avanzados que estábamos desarrollando. Sin estas capacidades e instrumentos, no estaríamos donde estamos hoy."

La colaboración no se limitó solo a UC San Diego. El equipo también utilizó laboratorios en la cercana Universidad de California en Irvine (UC Irvine) para la caracterización mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM). El Instituto de Investigación de Materiales de UC Irvine también cuenta con el apoyo parcial de la NSF, lo que indica la fortaleza de la red de colaboración dentro del sistema de la Universidad de California.

Numerosos profesores del campus, incluidos Ping Liu, Shirley Meng y Zheng Chen (todos del Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering), brindaron ayuda y colaboraron gustosamente en el proyecto. En cuanto a los recursos financieros, incluso cuando Rustomji era estudiante de posgrado, el equipo obtuvo financiación de ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy). "El Departamento de Energía nos financió con una pequeña subvención, lo que realmente impulsó esta innovación y me permitió dedicarme a tiempo completo en el campus a las aplicaciones y la tecnología", señala Rustomji. Durante sus estudios posdoctorales, solicitó con éxito subvenciones de Investigación para la Innovación en Pequeñas Empresas (Small Business Innovation Research) de la NSF y la NASA. Estos fondos permitieron completar su trabajo posdoctoral y dedicarse por completo a la empresa.

Aplicaciones y futuro de la tecnología LiGasⓇ

La capacidad de las baterías LiGasⓇ para funcionar en fríos extremos ha atraído la atención del ejército estadounidense, que las está probando para alimentar dispositivos de comunicación en regiones ultrafrías. Los contratos con el ejército confirman la robustez y fiabilidad de la tecnología en las condiciones más exigentes. Las empresas automotrices también están mostrando un interés significativo, reconociendo el potencial de estas baterías para hacer avanzar el mercado de vehículos eléctricos, particularmente en términos de autonomía y rendimiento en diversas condiciones climáticas, y seguridad.

South 8 Technologies, con sede en San Diego, California, demuestra que incluso las áreas no conocidas por sus temperaturas extremas pueden ser un terreno fértil para desarrollar soluciones diseñadas precisamente para tales condiciones. Rustomji bromea diciendo que no le gusta el frío, por lo que quería encontrar una solución energética para él. Pero, hablando más en serio, el ecosistema del sur de California, particularmente en San Diego, ha demostrado ser extremadamente favorable.

"Primero, está UC San Diego, que también incluye la Rady School of Management. Cerca está la San Diego State University, que también forma a ingenieros y científicos talentosos. Hemos tenido graduados de ambas universidades que se unieron a nuestro equipo", dice Rustomji. "San Diego ofrece mucho más que un clima agradable."

El apoyo adicional lo proporciona la Southern California Energy Innovation Network (SCEIN), una red que conecta a empresarios locales, permite el intercambio de información sobre oportunidades de financiación de fuentes federales o estatales y ayuda a conectar con capitalistas de riesgo. "Esta oportunidad de establecer contactos ha sido realmente invaluable", añade Rustomji. "Creo que San Diego a menudo se subestima como un centro de innovación y emprendimiento. Pero aquí se están haciendo muchas cosas geniales, no solo en tecnología limpia, sino también en las industrias de hardware y software. En San Diego están ocurriendo muchas grandes innovaciones."

Mensajes para futuros innovadores

El próximo año, South 8 Technologies celebrará su décimo aniversario como startup. Cuando se le pregunta qué consejo tiene para los aspirantes a ingenieros y empresarios que están pensando en crear sus propias empresas, Rustomji responde: "Enamórense de lo que hacen y amen a las personas con las que lo hacen. Será un viaje, no una carrera de velocidad. Y solo aquellos que aman lo que hacen y con quién lo hacen tendrán éxito al final del día."

¿Y cuál sería la batería perfecta, y la crearemos alguna vez? "La batería perfecta sería inherentemente muy segura, nunca se descargaría, solo se cargaría y descargaría una y otra vez durante millones de ciclos, se cargaría tan rápido como quisieras y no costaría casi nada", dice Rustomji. "Pero la diversión de ser científico o ingeniero es saber que eso es un sueño. La diversión está en mejorar cada vez más, acercándose lo más posible a esa batería soñada y realizando esas mejoras. De lo contrario, si existiera la batería perfecta, le quitaría la diversión al proceso de innovación. Y eso se puede aplicar a cualquier tecnología. Nada es perfecto nunca, y creo que es precisamente la imperfección lo que hace que la innovación sea tan divertida."

El desarrollo de tecnología como LiGasⓇ demuestra que estamos en el camino correcto para resolver algunos de los mayores desafíos en el almacenamiento de energía, abriendo puertas a nuevas posibilidades en numerosas industrias y acercándonos a un futuro con soluciones de baterías más fiables, seguras y versátiles.

Fuente: University of California