¿Una batería de ión de litio hecha con virus modificados?

Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) ha conseguido utilizar virus genéticamente diseñados -mediante ingeniería genética -, para fabricar los extremos positivos y negativos de una batería de ión de litio. Las ventajas: fabricación barata y ecológica; y también flexibilidad y capacidad de adaptación a cualquier dispositivo. La desventaja: estas baterías pueden ser cargadas y descargadas sólo 100 veces sin que pierdan capacidad de almacenamiento eléctrico, menos veces que las baterías de ión de litio tradicionales.

La ingeniería genética aplicada a virus bateriófagos comunes, es decir, virus que infectan a las bacterias pero que son inofensivos para los humanos ha dado lugar así a una batería que podría alcanzar una capacidad y un rendimiento energéticos similares a los de las actuales baterías recargables de los vehículos eléctricos híbridos. Pero los investigadores esperan resolver pronto este problema, y el próximo prototipo tendrá ya fines comerciales.

Estas baterías son dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica, recargables, y se usan desde los años 90 del siglo pasado en teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles o lectores de música.

Según explica el MIT en un comunicado, la nueva batería “vírica” podría alcanzar una capacidad y un rendimiento energéticos similares a los de las actuales baterías recargables de los vehículos eléctricos híbridos (coches cuya energía eléctrica proviene de baterías y, alternativamente, de un motor de combustión interna que mueve un generador).

Angela Belcher, directora del proyecto de desarrollo del dispositivo, afirma, además, que esta batería “podría usarse en toda una gama de dispositivos electrónicos personales”.

El nuevo dispositivo precisa de un proceso de fabricación barato y ecológico, afirman sus creadores: la síntesis se produce a temperatura ambiente o inferior, y no requiere de disolventes orgánicos nocivos. Los materiales del interior de la batería, por otro lado, no son tóxicos.

¿Pero cómo se fabrica? Según explican los científicos en un artículo aparecido al respecto en Science, para el desarrollo de esta batería se aplicó la estrategia de adherir materiales electroquímicamente activos (a los virus), para que éstos formaran redes alrededor de nanotubos de carbono (estructuras tubulares cuyo diámetro es del orden del nanómetro), gracias al reconocimiento biológico molecular.

En otras palabras, en una batería de ión de litio tradicional, los iones de litio fluyen entre el ánodo negativamente cargado –normalmente de grafito- y el cátodo de carga positiva –normalmente de óxido de cobalto de de fosfato de hierro-, y en la nueva batería ánodo y cátodo estarían compuestos por virus genéticamente modificados.

Lograr su fabricación de ambos polos de la batería ha llevado bastante tiempo. Hace tres años, Belcher y sus colaboradores consiguieron diseñar genéticamente unos virus que podían “construir” un ánodo recubriéndose a sí mismos de óxido de cobalto y oro y, después, auto-ensamblándose los unos con los otros para formar un nanowire o nanohilo (un “alambre” con el diámetro de un nanómetro).

Más recientemente, el equipo de investigadores se centró en crear el cátodo que completaría al ánodo anterior. Según los científicos, los cátodos son más difíciles de fabricar que los ánodos porque deben ser mejores conductores y más rápidos, pero la mayoría de los materiales que se pueden utilizar para hacerlos son altamente aislantes o no-conductores.

Para salvar este obstáculo, los investigadores crearon, en primer lugar, virus genéticamente modificados que se recubren a sí mismos con fosfato de hierro, y que después se acoplan a nanotubos de carbono, creando así una red de un material que es muy buen conductor. A través de esta red viajan los electrones, transfiriendo energía en un brevísimo periodo de tiempo.

Los virus utilizados en este caso fueron bacteriófagos comunes, es decir, virus que infectan a las bacterias pero que son inofensivos para los humanos.

En las pruebas de laboratorio realizadas con estas novedosas soluciones, se demostró que las baterías “víricas” pueden ser cargadas y descargadas al menos 100 veces sin que pierdan capacidad de almacenamiento eléctrico, pero los científicos esperan conseguir aumentar mucho más esta cantidad de veces de recarga, aún inferior a la de las baterías de ión de litio tradicionales.

El prototipo actual está empaquetado de la misma forma que una batería típica, pero la tecnología permite fabricar baterías de ensamblaje muy ligero, flexible y adaptable, que pueden tomar la forma de cualquier contenedor.

Ahora que los investigadores ya han demostrado que pueden fabricar baterías de virus a nanoescala, intentarán formar mejores baterías usando materiales con mayor voltaje y capacidad, como el fosfato de manganeso o el fosfato de níquel. Cuando la próxima generación esté lista, la tecnología pasará a la producción comercial, afirmó Belcher.

El grafeno promete microprocesadores de hasta 1.000 GHz

Investigadores de todo el mundo están trabajando intensamente en la construcción de microprocesadores y otros componentes eléctricos basados en un material llamado grafeno, descubierto en 2004. Un grupo de investigadores del MIT anunció el pasado 19 de marzo una serie de nuevos hallazgos que podrían llevar a procesadores mucho más veloces en el futuro.

Los investigadores del MIT construyeron un multiplicador experimental de frecuencia basado en grafeno. Dicho multiplicador es capaz de tomar una señal eléctrica entrante a una frecuencia determinada y producir una señal de salida que resulte de multiplicar la frecuencia original. Una aplicación del multiplicador de frecuencia de grafeno podría darse en el interior de un microprocesador, para determinar la frecuencia de reloj del chip.

Los multiplicadores de frecuencia son ampliamente utilizados en la actualidad, según lo informado por el MIT, pero la diferencia entre los que se utilizan actualmente y los basados en grafeno está en el ruido de la señal. Los multiplicadores actuales producen señales “ruidosas” que requieren filtros y, por consiguiente, consumen gran cantidad de energía. Los nuevos multiplicadores de grafeno constan de un único transistor individual y producen una señal de salida limpia de una manera altamente eficiente.

Tomás Palacios, profesor asistente del MIT en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, dijo en un comunicado que “en la electrónica, siempre estamos intentando incrementar la frecuencia. Es muy difícil generar altas frecuencias por encima de los 4 ó 5 gigahertz”.

Palacios señaló que el multiplicador de grafeno podría derivar en sistemas capaces de operar en un rango de entre 500 y 1.000 GHz.

“Los investigadores han estado intentando encontrar usos para este material desde su descubrimiento en 2004”, continuó Palacios. “Creo que esta aplicación tendrá implicancias tremendas en comunicaciones y electrónicos de alta frecuencia”.

El multiplicador de grafeno está aún en etapa de laboratorio, pero los investigadores creen que los sistemas basados en tecnología de grafeno podrían estar disponible en el término de uno o dos años. Los hallazgos preliminares serán reportados en un paper a ser publicado en el número de mayo de la publicación Electron Device Letters.

El multiplicador de frecuencias del MIT no es el único dispositivo de grafeno en desarrollo. Un grupo de investigadores de la Universidad Rice crearon un nuevo tipo de memoria de grafeno en diciembre de 2008, el cual podría derivar en arrays de almacenamiento basado en grafeno en el futuro.

Una batería que se carga en 10 segundos

Un equipo de científicos diseñó una batería de litio capaz de almacenar y generar una mayor cantidad de energía que las existentes, y que puede recargarse en apenas diez segundos, un invento que podría revolucionar el mundo de la telefonía móvil

Según publica la revista Nature, la nueva batería podría empezar a comercializarse en un par de años, según las estimaciones de los dos investigadores responsables del proyecto.

El invento ha sido desarrollado por Byoungwoo Kang y Gerbrand Ceder, dos científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), que se propusieron mejorar el rendimiento ofrecido por las baterías en la actualidad mediante un nuevo diseño de los canales encargados de transportar la energía de un lado a otro de la pila.

Las baterías de litio ofrecen hoy en día un buen rendimiento energético, pero su punto débil es su bajo nivel de potencia en determinados momentos en los que, por cualquier motivo, se necesita una aportación extra.

Tradicionalmente se ha asociado este hecho a la lentitud con la que circulan los iones y electrones del litio, el material más utilizado para hacer las baterías actuales.

Por ello, los investigadores centraron sus esfuerzos en conseguir aumentar la velocidad de desplazamiento de los iones, para lo que crearon una especie de "autovía de circunvalación" en la capa exterior de la pila capaz de distribuir la energía por cada uno de los rincones del dispositivo.

Según Ceder, esto permitiría cargar una pequeña batería -similar a la que se usa en los teléfonos móviles- en apenas 10 o 20 segundos, lo que "podría tener muchísimas aplicaciones prácticas y podría llegar a cambiar nuestro estilo de vida".

Kang y Ceder utilizaron como base el compuesto LiFePO4, usado frecuentemente en la fabricación de baterías, y lo cubrieron con una mezcla de hierro, fósforo y oxígeno que tras ser calentado permite que los iones se desplacen con rapidez.

El regreso de John Lennon

Gracias a la tecnología, el músico fallecido hace 28 años reapareció para pedir colaboración al programa "One Laptop per Child". El mensaje de John Lennon.

A través del uso de tecnología digital, el otrora Beatle llama a la gente en todo los EEUU para que apoye la campaña "Una computadora por niño", destinada a entregar computadoras que usan energía solar a los chicos más pobres del mundo.

"Imaginen a cada niño, sin importar dónde estén en el mundo, donde puedan acceder a un universo de conocimiento. Ellos tendrían una oportunidad de aprender, de soñar, de conseguir todo lo que quieran", dice la voz y una imagen de video de Lennon creada digitalmente.

"Intenté hacerlo a través de mi música, pero ahora tu puedes hacerlo de un modo diferente. Le puedes entregar a un niño una computadora portátil y más de lo que te puedes imaginar, puedes cambiar el mundo", decía el músico, en declaraciones derivadas de la interpretación de una de sus canciones más reconocidas, Imagine, de 1971.

Lennon murió a tiros mientras ingresaba a su departamento de Manhattan el 8 de diciembre de 1980.

Su viuda Yoko Ono aprobó el comercial de "Una computadora por niño", que fue lanzado el jueves y será transmitido por televisión y cable en un espacio cedido para la iniciativa.

La fundación "Una computadora por niño" creada en el 2005 deriva del Instituto tecnológico de Masachusets (MIT) y comenzó a producir las portátiles a fines del año pasado, con un costo de fabricación inferior a los u$s200 por unidad.

Fuente: Reuters