El profesor de ciencia de los materiales de la Universidad de Stanford (Estados Unidos), Yi Cui, que ha dirigido el trabajo, afirma que se dedican muchas horas de investigación a que las baterías puedan almacenar más energía durante más tiempo, pero que se ha prestado muy poca atención a hacerlas “más bonitas y elegantes”.
Los científicos han creado variaciones transparentes de otras clases de aparatos electrónicos, incluyendo transistores y los componentes que se usan para controlar las pantallas, pero aún no lo habían intentado con las baterías. “Y si no puedes hacer una batería transparente, no puedes fabricar un aparato transparente”, sostiene Cui.
Algunos componentes de las baterías son más fáciles de fabricar usando materiales transparentes que otros. Los electrodos son la parte más complicada, según Cui. Una forma de conseguirlo es hacerlo muy fino, con un espesor de unos 100 nanómetros. Pero un electrodo fino no es capaz de almacenar la suficiente cantidad de energía como para resultar útil.
Otra posibilidad es construir el electrodo con la forma de un patrón cuyas partes sean tan pequeñas que resulten invisibles al ojo humano. Mientras haya una cantidad suficiente de material que funcione como electrodo en la batería, este puede almacenar una cantidad significativa de energía. Cui diseñó uno con forma de retícula en el que cada línea mide unos 50 micrómetros (lo que las hace invisibles) y sus cuadrados no contienen materiales de la batería.
Por otra parte, la fabricación también resulta compleja, puesto que los métodos habituales para producir componentes con esa resolución necesitan de procesos químicos agresivos que dañan los materiales de la batería. El grupo de Stanford usó como alte ativa un método relativamente sencillo para hacer electrodos retícula transparentes, que luego se introducen dentro de un polímero transparente y blando denominado PDMS.
La fabricación comienza con el uso de técnicas litográficas para hacer un molde sobre una oblea de silicio. Luego vierten PDMS líquido sobre el molde, curan el polímero para solidificarlo y lo despegan del molde. Entonces se graba la lámina de PDMS con una retícula de canales estrechos. A continuación dejan caer por goteo una solución de materiales de electrodo sobre la superficie del PDMS. Los materiales acaban rellenando todos los canales por capilaridad y crean la retícula. (Se utilizaron materiales estándar para baterías de iones de litio para fabricar sus electrodos.)
Para terminar la batería, colocan un electrolito de gel transparente entre los dos electrodos y lo meten todo dentro de un envoltorio protector de plástico. Los prototipos creados por los investigadores de Stanford se usaron para dar energía a un LED cuya luz puede verse a través de la propia batería.
Cui afirma que, en teoría, estas baterías deberían poder almacenar la mitad de la energía de una opaca equivalente porque se sacrifica la densidad energética por la transparencia. No obstante, es posible crear una retícula más espesa de materiales de electrodo para almacenar más energía, pero eso significa que pasará menos luz a través de ellos.
Hasta ahora, los prototipos nacidos en su laboratorio pueden almacenar 20 vatios-hora por litro, la misma cantidad de energía que una batería de níquel cadmio, pero Cui espera mejorar esto sustancialmente, en parte reduciendo el grosor del sustrato de polímero y haciendo los canales que contienen los materiales para los electrodos más profundos.
Otra forma de almacenar más energía sin sacrificar la transparencia sería apilar varias celdas unas encima de otras de tal forma que la retícula de electrodos se alinee, dejando pasar la luz. Por ahora, el grupo ha fabricado electrodos de unos 2,5 cm. de ancho. Pero Cui sostiene que se podrían fabricar mucho más grandes y que el material podría cortarse a medida.