Investigadores de la Universidad Normal del Noroeste de China, en colaboración con la empresa Gansu Zhulong Technology, presentaron oficialmente la batería nuclear “Qianjiyuan Tianshu”, un dispositivo de 16,8 centímetros cúbicos que multiplica por 15,5 la densidad de potencia volumétrica respecto a su predecesor y utiliza únicamente el 22 % del material radiactivo que necesitaba el prototipo anterior.
El anuncio marca un hito en la investigación china de fuentes de energía de larga duración y representa un paso decisivo hacia la autonomía tecnológica en el campo de las micro-baterías nucleares.
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Una fuente de energía durante milenios
La “Qianjiyuan Tianshu” no funciona mediante reacciones químicas como las baterías convencionales. Su principio operativo se basa en la desintegración espontánea del carbono-14, un radioisótopo cuya vida media es de aproximadamente 5.730 años.
A medida que este isótopo se desintegra, emite partículas beta (electrones de alta energía) que alcanzan un semiconductor de carburo de silicio (SiC). La interacción de esta radiación con el material genera cargas eléctricas que pueden ser recolectadas para producir corriente continua.
El concepto es análogo al de una célula fotovoltaica, con una diferencia fundamental: en lugar de recibir fotones procedentes del Sol, el semiconductor recibe partículas emitidas durante la desintegración radiactiva. No existe reacción en cadena ni fisión controlada, es una fuente diminuta que genera electricidad de forma continua, día y noche, sin depender de condiciones externas de luz, temperatura o presión.
Los investigadores subrayan que la cifra de 5.730 años corresponde a la vida media del isótopo, no a una garantía de que la batería completa funcione durante ese periodo.
Los semiconductores, las conexiones eléctricas y los sistemas de encapsulado también envejecen, por lo que el verdadero desafío, señalan, está en fabricar dispositivos capaces de aprovechar esa electricidad durante décadas y hacerlo de forma segura.
1,13 microwatts de potencia
La “Qianjiyuan Tianshu” proporciona una potencia máxima de 1,13 microwatts (µW), con una corriente de cortocircuito de 0,713 microamperios y un voltaje de circuito abierto de 2,06 voltios (V). Utiliza una fuente de 129 milicurios (mCi) de carbono-14.
Las cifras, aunque diminutas en términos absolutos, representan un avance sustancial: el nuevo diseño multiplica por 2,5 la corriente de cortocircuito y por 2,6 la potencia máxima en comparación con el prototipo “Zhulong-1” presentado en 2024, todo ello mientras reduce el volumen efectivo al 17 % del original.
La potencia de 1,13 µW está muy lejos de las necesidades de un teléfono móvil o un vehículo eléctrico, ya que un teléfono requiere potencias millones de veces superiores durante sus operaciones habituales. Por ello, esta tecnología no está diseñada para sustituir las baterías de litio de la electrónica de consumo.
Su campo de aplicación se encuentra en dispositivos que consumen cantidades extremadamente pequeñas de energía y que deben funcionar durante periodos muy prolongados sin mantenimiento: sensores ambientales, sistemas de monitorización industrial, equipos instalados en el fondo marino, instrumentación científica, dispositivos aeroespaciales y determinados implantes médicos.
El doctor Zhang Guanghui, responsable técnico del proyecto en la Universidad Normal del Noroeste de China, explica que la función central de la batería es “resolver el problema del suministro de energía para sensores de micro-potencia de larga vida en condiciones extremas”.
La fuente de energía puede mantener su capacidad de generación teórica durante miles de años, aunque el desafío real consiste en fabricar la electrónica circundante para que aproveche esa electricidad durante décadas.
Cinco mejoras técnicas que conforman un sistema completo
El desarrollo de la “Qianjiyuan Tianshu” no se limita a la fuente de carbono-14. El equipo ha implementado cinco mejoras principales respecto al prototipo de 2024, que en conjunto constituyen un sistema electrónico completo capaz de medir, procesar y comunicar información de forma autónoma.
En primer lugar, se ha optimizado el sistema de contención del carbono-14 para aprovechar mejor la radiación emitida. En segundo lugar, se ha desarrollado un transductor de carburo de silicio fabricado íntegramente en China, destinado a mejorar la eficiencia de conversión energética. Este componente es estratégico: el carburo de silicio es un semiconductor de banda ancha que resiste temperaturas elevadas, radiación y campos eléctricos intensos, lo que lo convierte en un material idóneo para aplicaciones extremas.
En tercer lugar, el diseño emplea una arquitectura tridimensional apilada que permite reducir considerablemente el espacio ocupado por los componentes. En cuarto lugar, incorpora un sistema inteligente de gestión de microenergía, por lo que cuando una fuente produce cantidades tan pequeñas de electricidad, cada pérdida cuenta: la electrónica debe consumir muy poco y gestionar cuidadosamente la energía disponible.
Finalmente, el dispositivo integra sensores y sistemas de transmisión inalámbrica, lo que permite configurar equipos capaces de operar de forma completamente autónoma.
El profesor Su Maogen, director del equipo de investigación, señala que las versiones anteriores “sufrían de baja potencia, mala integración y altos costos”, por lo que el equipo se centró en hacer el dispositivo “compacto, potente, asequible y totalmente producido en China”.
Funcionamiento en condiciones extremas
Uno de los datos más relevantes de la “Qianjiyuan Tianshu” es su rango operativo de temperatura, que abarca desde -100 °C hasta 200 °C, un amplio intervalo que abre posibilidades en entornos donde las baterías electroquímicas convencionales presentan dificultades severas: regiones polares, fondos oceánicos, instalaciones industriales de alta temperatura y misiones espaciales.
La razón de esta robustez radica en que la desintegración radiactiva del carbono-14 es un proceso nuclear que no depende de reacciones químicas ni de condiciones ambientales externas.
La energía y velocidad de las partículas beta emitidas no se ven afectadas por la temperatura, la presión, los campos electromagnéticos ni las reacciones químicas del entorno, lo que convierte a la fuente de energía en un componente intrínsecamente estable para aplicaciones en condiciones extremas.
Además, la combinación de la “Qianjiyuan Tianshu” con supercondensadores o pequeñas baterías recargables podría ampliar significativamente sus aplicaciones. La fuente de carbono-14 produciría electricidad continuamente y la almacenaría; cuando el dispositivo necesitara realizar una operación que requiere más potencia, utilizaría la energía acumulada. Por ejemplo, un sensor ambiental podría permanecer durante horas recogiendo electricidad y realizar una transmisión inalámbrica periódica, para después volver a acumular energía.
Una batería capaz de proporcionar electricidad durante décadas permitiría desplegar redes de sensores prácticamente autónomas para vigilar incendios forestales, estudiar glaciares, controlar infraestructuras energéticas o medir la contaminación de los océanos.
En el ámbito médico, las baterías betavoltaicas de carbono-14 podrían alimentar implantes permanentes como interfaces cerebro-computadora o marcapasos cardíacos, eliminando la necesidad de cirugías de reemplazo de batería.
Un avance significativo con limitaciones claras
El progreso conseguido por los investigadores de China es considerable cuando se compara con el prototipo anterior. Reducir el uso de material radiactivo hasta el 22%, multiplicar por 2,6 la potencia máxima y aumentar 15,5 veces la densidad de potencia volumétrica son mejoras que sitúan a la “Qianjiyuan Tianshu” en una posición destacada dentro de la investigación internacional en micro-baterías nucleares.
Sin embargo, la tecnología mantiene una limitación evidente: la potencia es extremadamente pequeña. Para ampliar sus aplicaciones será necesario mejorar la eficiencia de conversión de la radiación, la densidad energética, la integración electrónica y los sistemas de almacenamiento intermedio.
También habrá que demostrar la fiabilidad del dispositivo durante periodos prolongados: temperaturas extremas, radiación, humedad, vibraciones y envejecimiento de los materiales pueden afectar al funcionamiento.
Una fuente energética puede durar miles de años; la electrónica que la rodea, no necesariamente, por lo que resolver esta diferencia será uno de los grandes desafíos de las baterías nucleares en las próximas décadas.
Pequeñas cantidades de electricidad; mucho tiempo por delante. Y aplicaciones que apenas empiezan a explorarse.
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