Seleccionar materiales y técnicas de fabricación de bajo impacto permite facilitar la gestión de las baterías al final de su vida útil. Un equipo ha desarrollado una metodología para ecodiseñar baterías, adaptarlas a su aplicación y mejorar el reciclaje. “Si alguna otra empresa quiere ecodiseñar una batería o dispositivo puede acudir a nosotros o intentar seguir la metodología”, apuntan los científicos.

La batería diseñada por el CSIC y BCMaterials es reciclable con papel y cartón, Carles Tortosa y Marina Navarro

Un equipo del Instituto de Microelectrónica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC), y del Centro Vasco de Materiales, Aplicaciones y Nanoestructuras (BCMaterials), ha desarrollado una metodología para ecodiseñar de baterías y adaptarlas a los productos en los que serán implementadas. Consiste en fabricar las baterías teniendo en cuenta el ciclo de vida del elemento, desde la selección de los materiales hasta su reciclaje y reutilización final, para garantizar así su circularidad.

“Tenemos en cuenta para qué se va a utilizar y dónde va a acabar para decidir qué materiales y técnicas de fabricación vamos a emplear. El ecodiseño de la batería se hace para un propósito específico y sigue el ciclo de vida de la aplicación que alimenta”, explica Juan Pablo Esquivel, investigador IKERBASQUE en el BCMaterials, anteriormente en el IMB-CNM-CSIC.

Una batería que imita a una flor

El equipo científico lleva años perfeccionando el ecodiseño de baterías para diferentes usos. Uno de sus primeros diseños es la FlowER Battery, que funciona imitando el principio de transpiración de una planta -mueve los reactivos por su estructura microfluídica hasta expulsarlos por evaporación y produce energía gracias a una reacción electroquímica en sus electrodos de carbono porosos. La FlowER battery, que puede ser biodegradada al final de su vida útil siguiendo el ciclo natural de una planta, fue presentada en 2022. En su desarrollo participó la empresa, Fuelium, spin-off del CNM, a través de un investigador MSCA Fellow, Omar Ibrahim, co-autor del artículo, bajo la dirección de Esquivel.

Los resultados se publicaron en la revista Energy & Environmental Science.  “Aquel artículo ya presentaba prototipos operativos de estas baterías. La idea ha sido desarrollar esta tecnología con la intención de que pueda convertirse en otro producto del catálogo de la empresa cuando haya madurado. En realidad, Fuelium actualmente comercializa una tecnología de baterías ecodiseñadas para aplicaciones de diagnóstico portátil que creamos hace ya una década en el IMB-CNM”, aclara Esquivel.

Así, el equipo ha ampliado la metodología y ha creado una batería para embalaje inteligente. Está compuesta de materiales lignocelulósicos, e incluye grafeno inducido por láser para la generación de los colectores de corriente.

El reto de la paquetería inteligente

El reciclaje de la electrónica es una problemática creciente en la sociedad digital y los esfuerzos para reducir los residuos comienzan en su diseño.

Las pilas de botón suelen ser la fuente de alimentación de los sensores que acompañan los paquetes que se envían por mensajería. Normalmente, ni la cinta adhesiva ni el sensor de seguimiento se pueden reciclar junto al embalaje, lo que genera un conflicto para su reciclaje. El papel y el cartón, en cambio, tienen la tasa más alta de reciclabilidad de entre todos los materiales, tasa que está en torno al 74% en la Unión Europea (2020), y permite una alta circularidad de las fibras, que pueden ser recicladas hasta 25 veces.

De las 229 mil toneladas de baterías portátiles vendidas en 2020 en la UE, solo un 47% fueron recogidas para reciclar. El objetivo del nuevo reglamento europeo es aumentar esa cifra hasta el 73% durante la próxima década

Por otro lado, según datos de la UE, de las 229 mil toneladas de baterías portátiles vendidas en 2020, solo un 47% fueron recogidas para reciclar. El objetivo del nuevo reglamento europeo es aumentar esa cifra hasta el 73% durante la próxima década.

AsÍ, los investigadores han escogido la paquetería inteligente como escenario de gran impacto para la aplicación de esta metodología y crear una batería ecodiseñada.

Batería FlowER instalada en un campo. El tallo verde es una estructura compostable y en las hojas de la flor se produce la evaporación. / Carles Tortosa

La batería desarrollada por el CSIC y BCMaterials tiene un formato final similar a una etiqueta adhesiva que se adhiere al embalaje. Marina Navarro, investigadora postdoctoral en el BCMaterials, anteriormente en el IMB-CNM-CSIC, apunta que “se ha demostrado en ensayos estandarizados que puede ser reciclada en el contenedor azul de papel y cartón sin necesidad de separación del envase”.

“La batería es versátil y se puede fabricar con distintos tamaños y voltajes según el uso concreto que se le vaya a dar, puede funcionar para alimentar dispositivos típicamente utilizados en este sector, como pantallas electrocrómicas o localizadores de seguimiento del paquete integrado al Internet de las Cosas y capaces de controlar parámetros del contenido, como la humedad y la temperatura”, agrega la científica.

El sustrato incluye también un colector de corriente hecho de grafeno inducido por láser (LIG) como “alternativa sostenible a los metales habituales en baterías por su elevada conductividad eléctrica y estabilidad química”.

Si el grafeno se procesase de otras formas, como en tintas, “se requerirían más reactivos químicos que luego tendríamos que separar y eliminar en un mayor consumo de energía, lo que redundaría en una manufacturación más contaminante y menos circular”, concluye Iñigo Martín, investigador del IMB-CNM-CSIC.

“Si alguna empresa quiere ecodiseñar una batería o dispositivo electrónico puede acudir a nosotros o intentar seguir la metodología reportada. Estamos convencidos de que es el camino, por lo que cuantos más desarrolladores la adopten, mejor”

Una primera guía para eco-diseñar baterías

La metodología ofrece una primera guía para comenzar a ecodiseñar las fuentes de alimentación, con el objetivo de que sea una tecnología escalable en el futuro y reducir los residuos electrónicos del sector.

 “Si alguna otra empresa quiere ecodiseñar una batería o dispositivo electrónico puede acudir a nosotros o intentar seguir la metodología reportada. Estamos convencidos de que es el camino, por lo que cuantos más desarrolladores la adopten, mejor”, apunta Esquivel.

El trabajo se inició con la tesis de Marina Navarro en el IMB-CNM, supervisada por Esquivel, y de una colaboración que ella inicia en Alemania tras recibir el premio del Clúster de Excelencia PoLiS para personal investigador joven, financiado por la Fundación Alemana de Investigación Científica (DFG). Incluye la colaboración de Manuel Baumann y Marcel Weil del Karlsruhe Institute of Technology; de Omar Ibrahim, investigador Marie Curie Fellow, y el asistente de investigación Carles Tortosa en la spin-off del IMB-CNM Fuelium, cofundada por Esquivel; la contribución de Iñigo Martín a la tecnología de grafeno; y la participación del estudiante de TFG en el IMB-CNM Joseba M. Ormaetxea.