"The rechargeable lithium-ion batteries common in everything from iPods to cell phones to laptops can store twice the energy of similarly sized nickel-metal hydride batteries and up to six times as much as their lead-acid progenitors. But these advances are only a small evolutionary step from the world’s first battery designed by Alessandro Volta in 1800."
Image courtesy: "Hector E. Balcazar, courtesy Flickr."
The rechargeable lithium-ion batteries now so common in everything from iPods to hybrid cars can store twice the energy of similarly sized nickel-metal hydride batteries and up to six times as much as their lead-acid progenitors. But these advances are only a small evolutionary step from the world’s first battery designed by Alessandro Volta in 1800 using layers of metal and blotting paper soaked in salt water.
With battery technology advances long overdue, researchers are racing to develop more efficient ways to store power. One hopeful option is in the use of carbon nanotubes, which can store much more electricity by weight than lithium-ion batteries while keeping their charge and remain durable for far longer.
But what are carbon nanotubes, and how can they be used to store energy? Technicians skilled in working with matter at the molecular (nano) level can arrange pure carbon molecules in cylindrical structures that are both strong and flexible. They have significantly higher energy density and can store more electricity than any currently available technology. These tubes, each only billionths of a meter wide, essentially become highly efficient, electrically conductive pipes for storing and providing power.
Electrical engineers at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) have formed carbon molecules into tiny springs that store as much electricity as same sized lithium-ion batteries but can maintain a charge while dormant for years and work well in temperature extremes. Stanford University researchers have created ink made from carbon nanotubes that can be drawn onto paper where it serves as a high-capacity rechargeable energy storage medium. And University of Maryland scientists have created nanostructures able to store and transport power at 10 times the energy density of lithium-ion batteries.
Other technologies in development include batteries using zinc-air, lithium-air and other combinations of elements to provide longer run-times between recharges. Others still are working on prototype nuclear batteries, the trick being to make them small enough to be practical, let alone safe.
Of course, the accelerating growth of nanotechnology itself, which has not yet been thoroughly tested to evaluate potential down sides, has some health advocates worried. Animal studies have shown that some nanoparticles, if inhaled or ingested, can harm the lungs and also cross the blood-brain barrier, which protects the brain from toxins in the bloodstream.
And then there are fuel cells, created in 1839 but only recently commercialized. Not batteries per se, fuel cells generate, store and dispense power by forcing a reaction between a fuel (hydrogen from water, methanol) and oxygen, creating usable non-polluting electricity. One major hurdle for fuel cell makers is making them small enough to be able to work in laptops and other small personal electronics.
CONTACTS: “Researchers fired up over new battery,” MIT News, http://web.mit.edu/newsoffice/2006/batteries-0208.html ; “Carbon Nanotubes Turn Office Paper into Batteries,” Scientific American, www.scientificamerican.com/article.cfm?id=carbon-nanotubes-turn-off
In Spanish:
Querido DiálogoEcológico: ¿Cuál es el potencial de los "nanotubos" de carbón en la tecnología de baterías? He oído que se trata del adelanto más grande en baterías en muchos años. ¿Y qué más podemos esperar ver en lo que respecta a esta nueva tecnología de baterías en los años venideros? - R.M. Koncan, a través de email
"Las baterías recargables de litio-ión comunes en muchos productos desde iPods a celulares y laptops pueden almacenar el doble de la electricidad de pilas del mismo tamaño de níquel e hidruro metálico y hasta seis veces la energía de sus progenitores de ácido-plomo. Pero estos avances son solamente un paso evolucionario desde que Alessandro Volta diseñó la primera batería en 1800.”
Las baterías recargables de litio-ión ahora tan común en todo de iPods a coches híbridos pueden almacenar el doble de la energía de baterías ordinarias de níquel e hidruro metálico y hasta seis veces tanto como sus progenitores de ácido / plomo. Pero estos avances son sólo un pequeño paso evolutivo de la primera batería del mundo diseñada por Alessandro Volta en 1800 usando capas de metal y papel secante empapadas en agua salada.
Dado que los avances en la tecnología de baterías deberían haberse producido mucho antes, los investigadores están compitiendo para desarrollar maneras más eficientes de almacenar energía. Una opción prometedora es el uso de nanotubos de carbón, que pueden almacenar mucha más electricidad por peso que las baterías de litio-ión, y mantener su carga y vida útil por mucho más tiempo.
¿Pero qué son los nanotubos de carbón, y cómo pueden ser utilizados para almacenar energía? Los técnicos expertos en trabajar con material al nivel molecular (nano) pueden arreglar moléculas puras de carbón en estructuras cilíndricas que son tanto fuertes como flexibles. Estas tienen una densidad apreciablemente más alta de energía y pueden almacenar más electricidad que cualquier tecnología actualmente disponible. Estos tubos, cada uno en anchura sólo billonésimos de metro, pasan a ser en esencia tubos eléctricamente conductivos sumamente eficientes para almacenar y proporcionar electricidad.
Los ingenieros electrotécnicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han convertido moléculas de carbón en resortes diminutos que almacenan tanta electricidad como baterías de similar tamaño de litio-ión pero pueden mantener su carga a pesar de estar inactivas durante años y trabajar bien en extremos de temperatura. Los investigadores de la Universidad de Stanford han creado tinta hecha a base de nanotubos de carbón que puede ser trazada en papel donde sirve como un medio recargable de alta capacidad para el almacenamiento de energía. Y científicos con la Universidad de Maryland han creado nanoestructuras capaces de almacenar y transportar electricidad a 10 veces la densidad de energía de las baterías de litio-ión.
Otras tecnologías en desarrollo incluyen baterías que utilizan zinc-aire, litio-aire y otras combinaciones de elementos para proporcionar vidas útiles más largas entre recargas. Otros todavía trabajan en prototipos de baterías nucleares, pero el problema es hacerlas no solo suficientemente pequeñas para ser prácticas, sino seguras.
Por supuesto, el crecimiento acelerado de la nanotecnología misma, que todavía no ha sido explorada completamente para evaluar sus desventajas potenciales, tiene a algunos partidarios de la salud preocupados. Estudios animales han mostrado que algunas nanopartículas, si se inhalan o ingieren, pueden dañar los pulmones y también cruzar la barrera sangre-cerebro, que protege al cerebro de toxinas en la sangre.
Y además hay pilas de combustible, creadas en 1839 pero sólo recientemente comercializadas. Aunque no son baterías per se, las pilas de combustible generan, almacenan y distribuyen electricidad al forzar una reacción entre un combustible (hidrógeno del agua, el metanol) y oxígeno, creando electricidad útil no contaminante. Una valla mayor para los fabricantes de pilas de combustible es hacerlas lo suficientemente pequeñas como para poder trabajar en computadores portátiles (laptops) y otros aparatos electrónicos pequeños personales.
With battery technology advances long overdue, researchers are racing to develop more efficient ways to store power. One hopeful option is in the use of carbon nanotubes, which can store much more electricity by weight than lithium-ion batteries while keeping their charge and remain durable for far longer.
But what are carbon nanotubes, and how can they be used to store energy? Technicians skilled in working with matter at the molecular (nano) level can arrange pure carbon molecules in cylindrical structures that are both strong and flexible. They have significantly higher energy density and can store more electricity than any currently available technology. These tubes, each only billionths of a meter wide, essentially become highly efficient, electrically conductive pipes for storing and providing power.
Electrical engineers at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) have formed carbon molecules into tiny springs that store as much electricity as same sized lithium-ion batteries but can maintain a charge while dormant for years and work well in temperature extremes. Stanford University researchers have created ink made from carbon nanotubes that can be drawn onto paper where it serves as a high-capacity rechargeable energy storage medium. And University of Maryland scientists have created nanostructures able to store and transport power at 10 times the energy density of lithium-ion batteries.
Other technologies in development include batteries using zinc-air, lithium-air and other combinations of elements to provide longer run-times between recharges. Others still are working on prototype nuclear batteries, the trick being to make them small enough to be practical, let alone safe.
Of course, the accelerating growth of nanotechnology itself, which has not yet been thoroughly tested to evaluate potential down sides, has some health advocates worried. Animal studies have shown that some nanoparticles, if inhaled or ingested, can harm the lungs and also cross the blood-brain barrier, which protects the brain from toxins in the bloodstream.
And then there are fuel cells, created in 1839 but only recently commercialized. Not batteries per se, fuel cells generate, store and dispense power by forcing a reaction between a fuel (hydrogen from water, methanol) and oxygen, creating usable non-polluting electricity. One major hurdle for fuel cell makers is making them small enough to be able to work in laptops and other small personal electronics.
CONTACTS: “Researchers fired up over new battery,” MIT News, http://web.mit.edu/newsoffice/2006/batteries-0208.html ; “Carbon Nanotubes Turn Office Paper into Batteries,” Scientific American, www.scientificamerican.com/article.cfm?id=carbon-nanotubes-turn-off
In Spanish:
Querido DiálogoEcológico: ¿Cuál es el potencial de los "nanotubos" de carbón en la tecnología de baterías? He oído que se trata del adelanto más grande en baterías en muchos años. ¿Y qué más podemos esperar ver en lo que respecta a esta nueva tecnología de baterías en los años venideros? - R.M. Koncan, a través de email
"Las baterías recargables de litio-ión comunes en muchos productos desde iPods a celulares y laptops pueden almacenar el doble de la electricidad de pilas del mismo tamaño de níquel e hidruro metálico y hasta seis veces la energía de sus progenitores de ácido-plomo. Pero estos avances son solamente un paso evolucionario desde que Alessandro Volta diseñó la primera batería en 1800.”
Las baterías recargables de litio-ión ahora tan común en todo de iPods a coches híbridos pueden almacenar el doble de la energía de baterías ordinarias de níquel e hidruro metálico y hasta seis veces tanto como sus progenitores de ácido / plomo. Pero estos avances son sólo un pequeño paso evolutivo de la primera batería del mundo diseñada por Alessandro Volta en 1800 usando capas de metal y papel secante empapadas en agua salada.
Dado que los avances en la tecnología de baterías deberían haberse producido mucho antes, los investigadores están compitiendo para desarrollar maneras más eficientes de almacenar energía. Una opción prometedora es el uso de nanotubos de carbón, que pueden almacenar mucha más electricidad por peso que las baterías de litio-ión, y mantener su carga y vida útil por mucho más tiempo.
¿Pero qué son los nanotubos de carbón, y cómo pueden ser utilizados para almacenar energía? Los técnicos expertos en trabajar con material al nivel molecular (nano) pueden arreglar moléculas puras de carbón en estructuras cilíndricas que son tanto fuertes como flexibles. Estas tienen una densidad apreciablemente más alta de energía y pueden almacenar más electricidad que cualquier tecnología actualmente disponible. Estos tubos, cada uno en anchura sólo billonésimos de metro, pasan a ser en esencia tubos eléctricamente conductivos sumamente eficientes para almacenar y proporcionar electricidad.
Los ingenieros electrotécnicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han convertido moléculas de carbón en resortes diminutos que almacenan tanta electricidad como baterías de similar tamaño de litio-ión pero pueden mantener su carga a pesar de estar inactivas durante años y trabajar bien en extremos de temperatura. Los investigadores de la Universidad de Stanford han creado tinta hecha a base de nanotubos de carbón que puede ser trazada en papel donde sirve como un medio recargable de alta capacidad para el almacenamiento de energía. Y científicos con la Universidad de Maryland han creado nanoestructuras capaces de almacenar y transportar electricidad a 10 veces la densidad de energía de las baterías de litio-ión.
Otras tecnologías en desarrollo incluyen baterías que utilizan zinc-aire, litio-aire y otras combinaciones de elementos para proporcionar vidas útiles más largas entre recargas. Otros todavía trabajan en prototipos de baterías nucleares, pero el problema es hacerlas no solo suficientemente pequeñas para ser prácticas, sino seguras.
Por supuesto, el crecimiento acelerado de la nanotecnología misma, que todavía no ha sido explorada completamente para evaluar sus desventajas potenciales, tiene a algunos partidarios de la salud preocupados. Estudios animales han mostrado que algunas nanopartículas, si se inhalan o ingieren, pueden dañar los pulmones y también cruzar la barrera sangre-cerebro, que protege al cerebro de toxinas en la sangre.
Y además hay pilas de combustible, creadas en 1839 pero sólo recientemente comercializadas. Aunque no son baterías per se, las pilas de combustible generan, almacenan y distribuyen electricidad al forzar una reacción entre un combustible (hidrógeno del agua, el metanol) y oxígeno, creando electricidad útil no contaminante. Una valla mayor para los fabricantes de pilas de combustible es hacerlas lo suficientemente pequeñas como para poder trabajar en computadores portátiles (laptops) y otros aparatos electrónicos pequeños personales.
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