Seleccionar página

Crédito: Flickr/William Warby.

A medida que la necesidad mundial de grandes cantidades de energía portátil crece a un ritmo cada vez mayor, muchos innovadores han buscado reemplazar la tecnología actual de baterías con algo mejor.

El físico italiano Alessandro Volta aprovechó los principios electroquímicos fundamentales cuando inventó la primera batería en 1800. Esencialmente, la unión física de dos materiales diferentes, generalmente metales, genera una reacción química que resulta en el flujo de electrones de un material al otro. Esa corriente de electrones representa energía portátil que puede aprovecharse para generar energía.

Los primeros materiales que la gente empleó para fabricar baterías fueron el cobre y el zinc. Las mejores baterías de hoy en día, aquellas que producen la salida eléctrica más alta en el tamaño más pequeño posible, combinan el litio metálico con uno de varios compuestos metálicos diferentes. Ha habido mejoras constantes a lo largo de los siglos, pero las baterías modernas se basan en la misma estrategia que las de Volta: unir materiales que puedan generar una reacción electroquímica y arrebatar los electrones que se producen.

Pero como describo en mi libro Spark: The Life of Electricity and the Electricity of Life, incluso antes de que las baterías hechas por el hombre comenzaran a generar corriente eléctrica, los peces eléctricos, como el pez torpedo de agua salada ( Torpedo torpedo ) del Mediterráneo y especialmente los diversos peces eléctricos de agua dulce Las especies de anguilas de América del Sur (orden Gymnotiformes ) eran bien conocidas por producir salidas eléctricas de impresionantes proporciones. De hecho, los peces eléctricos inspiraron a Volta a realizar la investigación original que finalmente condujo a su batería, y los científicos de baterías de hoy todavía buscan ideas en estos animales electrizantes.

Copiando el órgano eléctrico de las anguilas

Antes de la batería Volta, la única forma en que las personas podían generar electricidad era frotar varios materiales, generalmente seda sobre vidrio, y capturar la electricidad estática resultante. Esta no era una forma fácil ni práctica de generar energía eléctrica útil.

Volta sabía que los peces eléctricos tenían un órgano interno específicamente dedicado a generar electricidad. Razonó que si podía imitar su funcionamiento, podría encontrar una forma novedosa de generar electricidad.

El órgano eléctrico de un pez se compone de largas pilas de células que se parecen mucho a un rollo de monedas. Así que Volta recortó discos en forma de monedas de láminas de varios materiales y comenzó a apilarlos, en diferentes secuencias, para ver si podía encontrar alguna combinación que produjera electricidad. Estos experimentos de apilamiento siguieron arrojando resultados negativos hasta que intentó emparejar discos de cobre con discos de zinc, mientras separaba los pares apilados con discos de papel humedecidos con agua salada.

Esta secuencia de cobre-zinc-papel produjo electricidad por casualidad, y la salida eléctrica fue proporcional a la altura de la pila. Volta pensó que había descubierto el secreto de cómo las anguilas generan su electricidad y que en realidad había producido una versión artificial del órgano eléctrico de los peces, por lo que inicialmente llamó a su descubrimiento un órgano eléctrico artificial. Pero no era.

Lo que realmente hace que las anguilas sean electrizantes

Los científicos ahora saben que las reacciones electroquímicas entre materiales diferentes que Volta descubrió no tienen nada que ver con la forma en que una anguila eléctrica genera su electricidad. Más bien, la anguila utiliza un enfoque similar a la forma en que nuestras células nerviosas generan sus señales eléctricas, pero en una escala mucho mayor.

Células especializadas dentro del órgano eléctrico de las anguilas bombean iones a través de una barrera de membrana semipermeable para producir una diferencia de carga eléctrica entre el interior y el exterior de la membrana. Cuando se abren puertas microscópicas en la membrana, el rápido flujo de iones de un lado de la membrana al otro genera una corriente eléctrica. La anguila puede abrir simultáneamente todas sus puertas de membrana a voluntad para generar una gran sacudida de electricidad, que libera de manera específica sobre su presa.

Las anguilas eléctricas no descargan a sus presas hasta la muerte; simplemente lo aturden eléctricamente antes de atacar. Una anguila puede generar cientos de voltios de electricidad (los enchufes domésticos estadounidenses son de 110 voltios), pero el voltaje de las anguilas no empuja suficiente corriente (amperaje), durante un tiempo lo suficientemente largo, para matar. Cada pulso eléctrico de una anguila dura solo un par de milésimas de segundo y entrega menos de 1 amperio. Eso es solo el 5% del amperaje doméstico.

Esto es similar a cómo funcionan las cercas eléctricas, entregando pulsos muy cortos de electricidad de alto voltaje, pero con un amperaje muy bajo. Por lo tanto, golpean pero no matan a los osos u otros animales intrusos que intentan atravesarlos. También es similar a un arma de electrochoque Taser moderna, que funciona mediante la entrega rápida de un pulso de voltaje extremadamente alto (alrededor de 50,000 voltios) que transporta un amperaje muy bajo (solo unos pocos miliamperios).

Intentos modernos de imitar a la anguila

Al igual que Volta, algunos científicos eléctricos modernos que buscan transformar la tecnología de las baterías encuentran su inspiración en las anguilas eléctricas.

Un equipo de científicos de Estados Unidos y Suiza trabaja actualmente en un nuevo tipo de batería inspirada en las anguilas. Imaginan que su batería blanda y flexible algún día podría ser útil para alimentar internamente implantes médicos y robots blandos. Pero el equipo admite que tienen un largo camino por recorrer. Los órganos eléctricos de las anguilas son increíblemente sofisticados; son mucho mejores para generar energía que nosotros, se lamentó Michael Mayer, miembro del equipo de la Universidad de Friburgo. Entonces, la investigación de la anguila continúa.

En 2019, el Premio Nobel de Química fue otorgado a los tres científicos que desarrollaron la batería de iones de litio. Al otorgar el premio, la Real Academia Sueca de Ciencias afirmó que el trabajo de los premiados había sentado las bases de una sociedad inalámbrica libre de combustibles fósiles.

La parte inalámbrica es definitivamente cierta, ya que las baterías de iones de litio ahora alimentan prácticamente todos los dispositivos inalámbricos de mano. Tendremos que esperar y ver la afirmación de una sociedad libre de combustibles fósiles, porque las baterías de iones de litio de hoy en día se recargan con electricidad a menudo generada por la quema de combustibles fósiles. No se hizo mención a las contribuciones de las anguilas eléctricas.

Sin embargo, más tarde ese mismo año, los científicos de la Institución Smithsonian anunciaron el descubrimiento de una nueva especie sudamericana de anguila eléctrica; este es notablemente el generador de bioelectricidad más fuerte conocido en la Tierra. Los investigadores registraron la descarga eléctrica de una sola anguila a 860 voltios, muy por encima de la de la especie de anguila anterior, Electrophorus electricus , que registró 650 voltios y 200 veces más que el voltaje máximo de una sola anguila de iones de litio. batería (4,2 voltios).

Así como los humanos tratamos de felicitarnos por la grandeza de nuestra última fuente de energía portátil, las anguilas eléctricas continúan haciéndonos humildes con la suya.

Timothy J. Jorgensen, Director del Programa de Graduados en Física de la Salud y Protección Radiológica y Profesor de Medicina Radiológica, Universidad de Georgetown

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lee el artículo original.

"