Las baterías tienen el potencial de servir como suministro de energía para los circuitos eléctricos que protegen a los misiles y los aviones militares contra los intentos de intromisión mediante la destrucción de la información almacenada en los sistemas, o mediante el envío de una señal de alarma a un centro militar. Se espera que las baterías puedan durar 25 años. La compañía, llamada Widetronix, también está trabajando junto a fabricantes de dispositivos médicos para desarrollar baterías para dispositivos médicos implantables que puedan durar décadas.
Las baterías de Widetronix funcionan a partir de la descomposición en electrones de alta energía de un isótopo del hidrógeno llamado tritio. Aunque las células solares utilizan semiconductores como el silicio para capturar la energía de los fotones en la luz solar, las células betavoltaicas utilizan un semiconductor para capturar la energía de los electrones producidos durante la descomposición nuclear de los isótopos. Este tipo de descomposición nuclear se denomina “descomposición beta,” debido al tipo de electrones de alta energía, llamados partículas beta, que se producen. El ciclo de vida útil de los dispositivos betavoltaicos depende de las vidas medias, desde unos pocos años hasta 100 años, de los radioisótopos de los que obtienen su energía. Para construir una batería que dure 25 años a partir del tritio, que tiene una vida media de 12,3 años, Widetronix carga el paquete con el doble de tritio del que se necesita inicialmente. Estos dispositivos pueden soportar condiciones más duras que las baterías químicas. Esto, junto a sus largas vidas, es lo que hace que los dispositivos betavoltaicos sean tan atractivos como fuente de energía para los implantes médicos y para las detecciones militares remotas en ambientes extremadamente calientes y fríos.
El concepto de los dispositivos betavoltaicos tiene alrededor de 50 años de edad. Los primeros marcapasos utilizaban tecnología betavoltaica basada en el elemento radioactivo conocido como prometio, aunque este tipo de dispositivos se dejaron de usar una vez se empezaron a desarrollar las baterías de litio-ion. La tecnología está resurgiendo, afirma Peter Cabauy, director general de otra compañía betavoltaica, City Labs, con sede en Miami, puesto que los materiales semiconductores han mejorado muchísimo. Los materiales semiconductores iniciales no eran lo suficientemente eficientes a la hora de convertir los electrones de la descomposición beta en corriente utilizable, por lo que tenían que usar isótopos de energía más alta, más caros—y potencialmente más peligrosos. Los materiales semiconductores más eficientes se pueden emparejar con isótopos relativamente benignos tales como el tritio, que produce una débil radiación.
Las baterías de Widetronix están hechas de una lámina metálica impregnado con isótopos de tritio y un delgado chip de carburo de silicio semiconductor, capaz de convertir en corriente eléctrica el 30 por ciento de las partículas beta que lo golpean. “El carburo de silicio es muy robusto, y cuando lo hacemos más delgado, se vuelve flexible,” afirma el director general de Widetronix, Jonathan Greene. “Al apilar chips y laminas en un paquete de un centímetro cuadrado y dos décimas de centímetro de alto, obtenemos un producto de un microvatio.” El prototipo que está siendo puesto a prueba por Lockheed Martin produce 25 nanovatios de potencia.
Los dispositivos betavoltaicos no son demasiado potentes. Su potencia no es ni mucho menos suficiente como para alimentar un ordenador portátil o un teléfono móvil. Sin embargo su densidad de energía es alta: almacenan mucha energía en películas de sólo unos micrómetros de grosor y se pueden fabricar en paquetes muy pequeños. “Nos estamos enfocando en lugares donde se necesite una gran duración vital y densidad de energía,” afirma Greene.
Uno de estos lugares se haya en la vigilancia de los equipamientos militares. “Todo lo que saca el Departamento de Defensa tienen que llevar consigo un tipo de protección anti-interferencias, para que si alguien acaba haciéndose con la cabeza buscadora de un misil, o con un avión entero, sea difícil llevar a cabo la ingeniería inversa,” afirma Christian Adams, químico en el departamento de Misiles y Control de Fuego de Lockheed Martin. Los chips de memoria que controlan este tipo de sistemas anti-interferencia, afirma Adams, requieren unos bajos niveles de energía continua durante largos periodos de tiempo. Las especificaciones militares también requieren que estos dispositivos soporten condiciones extremas que las baterías normales no son capaces de tolerar: tienen que operar en temperaturas que van desde los -65 a los 150 ˚C y también soportar vibraciones de alta frecuencia, alta humedad y ráfagas de sal. “Si la batería se congela o se vacía, el circuito de memoria pierde su configuración,” y el dispositivo falla, afirma Adams.
“Widetronix es la primera compañía en crear algo que se pueda poner a prueba bajo las especificaciones militares,” señala Adams. Lockheed recibió los prototipos de la compañía la semana pasada. Si los dispositivos betavoltaicos pasan el test, Lockheed probablemente los use en los aparatos anti-interferencia de aquí a un año, afirma. Lockheed también está trabajando con la compañía para desarrollar dispositivos betavoltaicos de mayor potencia para la vigilancia remota de misiles. Enviar una señal de radio que diga “Todo va bien” requiere el uso de microvatios de potencia, afirma Adams. Widetronix también está probando sus baterías con la compañía de dispositivos médicos Welch Allyn. Espera vender las baterías por 500 dólares.
Cabauy desde City Labs afirma que aunque las perspectivas del uso de baterías nucleares, especialmente para implantes médicos, puede que despierte ciertas preocupaciones, el tritio es seguro. Al margen de la partícula beta, entre los otros productos de descomposición del tritio están un antineutrino y un isótopo del helio que no es radioactivo. “Un trozo de papel puede detener la radiación del tritio,” afirma Cabauy.
La futura promesa de los dispositivos betavoltaicos puede que se encuentre en la creación de sensores de muy bajo precio, incrustados en edificios y puentes donde “jamás deseemos cambiar la batería,” afirma Amit Lal, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad Co ell. Sin embargo, esto requeriría que compañías como Widetronix utilizasen materiales con una mayor vida media, tales como los isótopos de níquel, que pueden durar hasta 100 años. Aunque el tritio tiene una vida media de sólo 12,3 años, una de sus ventajas principales, al margen de la seguridad, es que se puede conseguir de forma económica a partir de reactores nucleares canadienses que producen aguas pesadas como subproducto. Los isótopos de mayor vida media como el níquel-63 se deben comprar en el extranjero a precios muy altos. “Desde el fin de la Guerra Fría, no hay apoyo gube amental para la infraestructura radioisotópica en los Estados Unidos,” afirma Lal. “Fabricar baterías que duren toda la vida puede que sea una buena razón para construir dicha infraestructura.