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Supervisión tecnológica
Baterías para dispositivos portátiles basados en las TIC
Dr Martin Cooper
Crédito de la foto: Motorola
El Dr Martin Cooper un antiguo director general de la División de Sistemas en Motorola, es considerado el inventor del primer microteléfono portátil

Partiendo de un ladrillo
El primer teléfono celular comercial del mundo, el Motorola DynaTAC 8000X (Dynamic Adaptive Total Area Coverage), recibió la aprobación de la Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos (FCC) en 1983. También se conocía por "teléfono ladrillo" debido a sus dimensiones (33 cm × 4 cm × 9 cm) y peso (0,9 kg). La batería de este "teléfono ladrillo" ofrecía media hora de tiempo de conversación y hasta ocho horas de tiempo de espera, y tardaba 10 horas en cargarse.
 
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Crédito de la foto: Motorola
Las pilas de combustible de metanol directo (PCMD) pueden ser la tecnología energética del futuro

El primer teléfono celular comercial del mundo, también denominado “teléfono ladrillo” (véase la foto), permitía hablar durante media hora, ofrecía ocho horas de tiempo de espera y tardaba 10 horas en cargarse. Las baterías siguen siendo el punto débil de los dispositivos móviles, aunque han mejorado mucho. Según los fabricantes, la batería de un teléfono inteligente de tercera generación (3G), por ejemplo, ofrece un tiempo de conversación superior a 10 horas con un sistema 2G, cinco horas con un sistema 3G, cinco horas con un sistema de conexión a Internet 3G, seis horas con un sistema de conexión a Internet por fidelidad inalámbrica (Wi-Fi), siete horas de transmisión de vídeo o 24 horas de reproducción de audio. Estas mejoras permiten utilizar los dispositivos durante todo el día y dejar el cargador en casa.

Un año después de la aparición del teléfono ladrillo, unas 300.000 personas en todo el mundo se abonaron a la telefonía móvil. Hoy en día, 25 años más tarde, esta cifra ha superado los 4.600 millones. Las baterías son cruciales para que los dispositivos portátiles basados en las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) resulten útiles. Ahora que cada vez más usuarios se abonan a la telefonía móvil, los fabricantes y los gobiernos están invirtiendo en investigación sobre baterías limpias, de gran rendimiento energético y más duraderas, con el fin de satisfacer los enormes requisitos de potencia de los dispositivos electrónicos portátiles. En el último artículo de TechWatch Alert* de la UIT se resumen algunos de los más importantes progresos realizados y tendencias observadas en el ámbito de las tecnologías de las baterías para dispositivos móviles.

Los avances logrados en la potencia de procesamiento y los enlaces de comunicación de la nueva generación han incrementado la movilidad e impulsado la demanda de teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros aparatos, incluidos los libros electrónicos, los reproductores de MP3 y las cámaras digitales. Los vehículos eléctricos híbridos, que funcionan gracias a grupos de baterías instalados a bordo, son los protagonistas de muchos salones del automóvil, como quedó claramente demostrado durante el Salón Internacional del Automóvil de Ginebra en 2010, en cuyo marco la UIT, la ISO y la CEI organizaron conjuntamente un taller sobre “El coche totalmente conectado a la red” los días 3 y 4 de marzo de 2010.

La UIT calcula que, a finales de 2010, habrá 5.000 millones de abonados a la telefonía móvil en todo el mundo. Este aumento está teniendo lugar en gran medida en el mundo en desarrollo, donde los usuarios a menudo tienen que encontrar alternativas creativas para superar la escasez de fuentes de alimentación ubicuas. En algunos quioscos instalados en zonas rurales se pueden recargar no sólo unidades (de previo pago), sino también baterías. Por lo tanto, para poder dar conexión a los usuarios en todo el mundo y reducir la brecha digital, es indispensable fomentar la creación de baterías o dispositivos que no dependan solamente de redes de energía eléctrica para poder cargarlos, así como mejorar y ampliar gradualmente la infraestructura energética.

Según ciertas investigaciones, el mercado mundial de las baterías, cuyo valor es de 71.000 millones USD por año y en el que las baterías recargables representan dos terceras partes de dicho mercado, podría crecer un 4,8% al año hasta 2012.

Características de las baterías

Aunque la densidad energética de las baterías ha mejorado, los requisitos de mayor potencia de los dispositivos han neutralizado los beneficios obtenidos con la mejora del rendimiento de las baterías. En conclusión, la autonomía en modo activo se mantiene igual.

Lo que se pretende es crear baterías seguras, ligeras, pequeñas, respetuosas con el medioambiente, con mayor densidad de energía y que tengan una autonomía en modo activo e inactivo prolongada. Aunque todavía no se ha hecho el descubrimiento trascendental, las tecnologías actuales se están mejorando y adaptando gradualmente para satisfacer los requisitos de determinados dispositivos o aplicaciones.

No se siguen unas pautas normalizadas a la hora de facilitar información sobre la autonomía en modo activo de los distintos dispositivos basados en las TIC. Los fabricantes y las empresas de publicidad indican la autonomía de los aparatos en los modos activo e inactivo, información que debería darse con cautela, ya que puede variar según las pautas de utilización. La configuración de la gestión energética y el uso de determinadas funciones (Wi-Fi, lector de DVD) o aplicaciones, por ejemplo, pueden incidir en la autonomía de las baterías cuando los aparatos se encuentran en los modos activo o inactivo.

Tecnologías actuales en materia de baterías

Las baterías de iones de litio (Li-ion) y de hidruro de metal de níquel (NiMH) se utilizan sobre todo en los dispositivos electrónicos portátiles. Las baterías de Li-ion suelen ofrecer una mayor densidad de energía que las de NiMH, y además permiten realizar un mayor número de ciclos de carga/descarga sin efecto memoria, lo que garantiza una vida útil prolongada. Se calcula que las baterías de Li-ion se autodescargan hasta un 5% al mes, frente al 30% de pérdida mensual que registran las baterías de NiMH.

La forma y el peso son factores importantes en la elección de las baterías destinadas a los dispositivos portátiles. Las baterías de Li-ion existen en una gran variedad de formas y tamaños, además de ser relativamente ligeras, pero las baterías de NiMH ofrecen ventajas en comparación con las de Li-ion, a saber: su costo es menor, tienen una alta corriente y no necesitan circuitos de protección controlados por procesador. Las cámaras digitales suelen llevar baterías de NiMH. Las baterías de plomo-ácido son demasiado pesadas para uso móvil, y en la Unión Europea se ha prohibido la venta de baterías de níquel-cadmio debido a la toxicidad de sus componentes.

Nuevas fuentes de energía para dispositivos móviles

El hecho de que las baterías necesiten recargarse compromete la movilidad y autonomía de los dispositivos que alimentan, motivo por el cual los fabricantes investigan tecnologías mejores.

Si las tecnologías fotovoltaicas y las pilas de combustible pudieran miniaturizarse para ser utilizadas en dispositivos electrónicos portátiles, permitirían prolongar la autonomía entre recargas. Los sistemas de pilas de combustible, y en particular las pilas de combustible de metanol directo (PCMD), podrían ser la tecnología energética del futuro. Al igual que las baterías convencionales, las pilas de combustible producen energía por una reacción electroquímica. La principal diferencia reside en que las pilas de combustible se cargan de manera constante mientras dura el suministro de combustible.

Las PCMD actuales producen escasa potencia, pero son capaces de almacenar mucha energía en poco espacio. Esto significa que pueden producir pequeñas cantidades de energía durante un largo periodo, lo que se ajustaría de manera óptima a bienes de consumo como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y cámaras. Entre los principales obstáculos que se oponen a la utilización de las PCMD cabe señalar el manejo de la energía, la necesidad de reducir su tamaño y el costo. Actualmente, las pilas de combustible suelen utilizarse en entornos donde no puede haber combustión ni gases tóxicos, por ejemplo, en naves espaciales y submarinos.

La nanotecnología es otro campo prometedor, ya que las propiedades de los nanomateriales podrían contribuir a crear baterías de Li-ion de alto rendimiento. Sin embargo, antes de poder utilizar esta tecnología en bienes de consumo, es preciso seguir investigando para comprender mejor los mecanismos de almacenamiento del litio en los nanomateriales y lograr sintetizar de manera controlada y a gran escala las nanoestructuras y el transporte cinético por la interfaz entre el electrodo y el electrolito.

Otro ámbito de investigación aún más reciente versa sobre minúsculas microbaterías cuyo tamaño es aproximadamente equivalente a media célula humana. Estas baterías podrían adherirse a diversas superficies y tal vez un día suministrar energía a varios dispositivos en miniatura. La nanotecnología y la tecnología de las baterías del tamaño de una célula pueden dar paso a nuevas funciones y a una nueva era de la movilidad.

Cargadores y recarga

Cuando el usuario cambia de teléfono móvil, suele estar obligado a cambiar también de cargador, que a menudo ni siquiera es compatible con otros productos del mismo fabricante.

Los cargadores inutilizables constituyen desechos electrónicos excesivos además de perjudiciales. En el marco de su labor relativa a las TIC y el cambio climático, el Sector de Normalización de las Telecomunicaciones de la UIT (UIT–T) sigue adelante con la elaboración de una norma técnica relativa a la fabricación de un cargador único de bajo consumo energético que sirva para todos los teléfonos móviles. La Recomendación L.1000 (antes L.adapter), relativa a una solución universal de adaptador y cargador para terminales móviles y otros dispositivos de las TIC (“Universal power adapter and charger solution for mobile terminals and other ICT devices”), que fue elaborada por la Comisión de Estudio 5 del UIT–T, contiene requisitos de alto nivel para la creación de un adaptador y cargador universal. Éste permitiría reducir el número de adaptadores y cargadores que sería necesario fabricar y reciclar, ya que podría utilizarse con más dispositivos, y contribuiría a prolongar su propia vida útil.

La recarga inalámbrica es un ámbito que se está investigando con el fin de suprimir los cargadores y cables. Este método consiste en alimentar los dispositivos móviles de manera continuada, a distancias de hasta varios metros, por acoplamiento electromagnético no radiante. Esta tecnología ya permite alimentar de forma inalámbrica dispositivos como microteléfonos de telecomunicaciones digitales mejoradas sin cordón (DECT) con potencias que oscilan entre varios milivatios y kilovatios.

Gracias a todas estas nuevas tecnologías prometedoras, el futuro de la energía y la comunicación para todos es esperanzador.

 

* La Oficina de Normalización de las Telecomunicaciones (TSB) de la UIT elabora las TechWatch Alerts con el fin de exponer de manera breve pero concisa las nuevas tecnologías y tendencias en el ámbito de las TIC. El artículo “Baterías para dispositivos portátiles basados en las TIC” de la serie TechWatch Alert, que fue publicado en febrero de 2010, puede descargarse desde el siguiente enlace: “www.itu.int/ITU-T/techwatch/reports.html”. La TSB está interesada en conocer la opinión de los lectores sobre los artículos y recibir propuestas de temas para futuras publicaciones de “Supervisión tecnológica”. Sírvase enviar sus observaciones a la siguiente dirección: tsbtechwatch@itu.int

 

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