A veces, los teléfonos móviles se quedan sin batería antes de lo previsto o los vehículos eléctricos no tienen suficiente carga para llegar a su destino. Las baterías recargables de ion de litio (Li-ion), presentes en estos y otros dispositivos, suelen durar varias horas o incluso días entre cargas. Sin embargo, con el uso continuo, su rendimiento disminuye y se necesita recargarlas con más frecuencia. Ante este desafío, algunos investigadores están explorando el uso del radiocarbono como fuente de energía para baterías nucleares pequeñas, seguras y económicas que podrían funcionar durante décadas, o incluso más, sin necesidad de recarga.

Su-Il In, profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk, compartió los avances de su equipo en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS), celebrada del 23 al 27 de marzo de 2025. Este evento reunió a cerca de 12.000 presentaciones científicas sobre diversos temas.

Un prototipo de estas baterías, descrito como “Célula Betavoltaica Sensibilizada con Colorante” por el laboratorio “DGIST Green Lab”, consiste en un pequeño dispositivo rectangular colocado entre dos reglas metálicas. Esta célula incorpora radiocarbono tanto en el ánodo como en el cátodo, lo que incrementa la eficiencia de conversión energética.

La necesidad constante de recargar baterías no solo resulta molesta, sino que también limita el potencial de tecnologías que dependen de ellas, como los drones o los sensores remotos. Además, el impacto ambiental de las baterías Li-ion es considerable: su producción requiere mucha energía y, si no se desechan adecuadamente, pueden dañar los ecosistemas. A medida que la tecnología avanza y proliferan los dispositivos conectados, los centros de datos y otras infraestructuras digitales, la demanda por baterías más duraderas va en aumento.

Según In, las mejoras en las baterías de ion de litio ya están alcanzando su límite: “El rendimiento de estas baterías está prácticamente saturado”. Por eso, su grupo de investigación apuesta por una alternativa: las baterías nucleares.

Estas baterías obtienen energía de partículas de alta energía emitidas por materiales radiactivos. No todos estos materiales representan un riesgo para la salud, y en muchos casos, su radiación puede ser bloqueada con materiales sencillos. Por ejemplo, las partículas beta —también llamadas rayos beta— pueden contenerse con una lámina delgada de aluminio, lo que convierte a las baterías betavoltaicas en una opción segura.

El equipo desarrolló un prototipo que utiliza carbono-14, una forma radiactiva e inestable del carbono conocida como radiocarbono. “Elegí este isótopo porque solo emite rayos beta”, explica In. Además, el radiocarbono es un subproducto de las plantas nucleares, por lo que es barato, accesible y reciclable. Gracias a su lenta descomposición, una batería basada en este material podría tener una vida útil que se extienda por siglos, o incluso milenios.

En este tipo de baterías, los electrones generados por la radiación beta impactan en un semiconductor, lo que produce electricidad. Estos semiconductores son clave en el proceso de conversión de energía, por lo que los científicos están en busca de materiales más eficientes para maximizar la cantidad de energía utilizable generada.

Para mejorar la eficiencia de su diseño, el equipo de In usó un semiconductor a base de dióxido de titanio, un material común en paneles solares. Este se combinó con un colorante de rutenio y se trató con ácido cítrico para mejorar la unión entre ambos materiales. Cuando los rayos beta impactan sobre el colorante tratado, se desencadena una reacción en cadena de transferencia de electrones —una avalancha— que luego es captada por el dióxido de titanio y convertida en electricidad.

El prototipo también contiene radiocarbono tanto en el ánodo como en el cátodo, ambos sensibilizados con el colorante. Esta configuración permitió generar una mayor cantidad de rayos beta y disminuir la pérdida de energía provocada por la distancia entre los electrodos.

Durante las pruebas, los investigadores observaron que los rayos beta emitidos por el radiocarbono activaban el colorante del ánodo, produciendo una avalancha de electrones que era recogida por el dióxido de titanio y transportada a través de un circuito, generando electricidad. Este nuevo diseño logró una mejora considerable respecto al anterior, que solo tenía radiocarbono en el cátodo: la eficiencia de conversión aumentó de un 0.48 % a un 2.86 %.

In considera que estas baterías de larga duración podrían revolucionar muchas aplicaciones. Por ejemplo, los marcapasos podrían funcionar durante toda la vida del paciente, eliminando la necesidad de reemplazos quirúrgicos.

No obstante, este diseño aún convierte solo una pequeña parte de la energía radiactiva en electricidad, por lo que su rendimiento sigue siendo inferior al de las baterías de ion de litio convencionales. In señala que se podrían lograr mejoras si se optimiza la forma del emisor de rayos beta y se desarrollan materiales más eficaces para absorber esta radiación.

A medida que aumenta la preocupación por los ecosistemas, también está cambiando la percepción pública sobre la energía nuclear, que ya no se ve únicamente como algo reservado a grandes centrales en zonas remotas. Con estas nuevas baterías betavoltaicas de doble fuente, In afirma que “podemos incorporar energía nuclear segura en dispositivos del tamaño de un dedo”.

Este trabajo cuenta con el respaldo financiero de la Fundación Nacional de Investigación de Corea y del programa de I+D del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk, con el apoyo del Ministerio de Ciencia y TIC de Corea.