Las proteínas son buenas para desarrollar músculo, pero sus componentes básicos también podrían ser útiles para construir baterías orgánicas sostenibles que algún día podrían ser un sustituto viable de las baterías de iones de litio convencionales, sin sus preocupaciones de seguridad y medioambientales. Mediante el uso de polipéptidos sintéticos, queinventan proteínas, y otros polímeros, los investigadores han dado los primeros pasos para construir electrodos para tales fuentes de energía. El trabajo también podría proporcionar una nueva comprensión de los mecanismos de transferencia de electrones.
Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la Reunión y Exposición Nacional de Otoño 2019 de la Sociedad Americana de Química ACS.
"La tendencia en el campo de la batería en este momento es observar cómo se transportan los electrones dentro de una red de polímeros", dice Tan Nguyen, un estudiante de doctorado que ayudó a desarrollar el proyecto. "La belleza de los polipéptidos es que nosotrospuede controlar la química de sus cadenas laterales en 3D sin cambiar la geometría de la columna vertebral, o la parte principal de la estructura. Luego, podemos examinar sistemáticamente el efecto de cambiar diferentes aspectos de las cadenas laterales ".
Las baterías actuales de iones de litio pueden dañar el medio ambiente, y debido a que el costo de reciclarlas es más alto que fabricarlas desde cero, a menudo se acumulan en los vertederos. Por el momento, no hay una forma segura de desecharlas. Desarrollar una proteínabasada en batería, u orgánica, cambiaría esta situación.
"Los enlaces amida a lo largo del esqueleto del péptido son bastante estables, por lo que la durabilidad está ahí, y luego podemos disparar cuando se descomponen para reciclar", dice Karen Wooley, Ph.D., quien lidera el equipo de Texas A&MUniversidad. Ella imagina que los polipéptidos podrían eventualmente usarse en aplicaciones como baterías de flujo para almacenar energía eléctrica. "La otra ventaja es que al usar esta arquitectura similar a la proteína, estamos construyendo los tipos de conformaciones que se encuentran en las proteínas ennaturaleza que ya transporta electrones de manera eficiente ", dice Wooley." También podemos optimizar esto para controlar el rendimiento de la batería ".
Los investigadores construyeron el sistema utilizando electrodos hechos de compuestos de negro de humo, construyendo polipéptidos que contienen viológeno o 2,2,6,6-tetrametilpiperidina 1-oxilo TEMPO. Ataron los viológenos a la matriz utilizada para el ánodo,que es el electrodo negativo, y usó un polipéptido que contiene TEMPO para el cátodo, que es el electrodo positivo. Los viológenos y TEMPO son moléculas activas redox ". Lo que hemos medido hasta ahora para el rango, la ventana potencial entre eldos materiales, es de aproximadamente 1,5 voltios, adecuados para aplicaciones de bajo consumo de energía, como los biosensores ", dice Nguyen.
Para uso potencial en una batería orgánica, Nguyen ha sintetizado varios polímeros que adoptan diferentes conformaciones, como una bobina aleatoria, una hélice alfa y una hoja beta, para investigar sus características electroquímicas. Con estos péptidos en la mano, Nguyen ahora está colaborandocon Alexandra Danielle Easley, estudiante de doctorado en el laboratorio de Jodie Lutkenhaus, Ph.D., también en la Universidad de Texas A&M, para construir los prototipos de batería. Parte de ese trabajo incluirá pruebas para comprender mejor cómo funcionan los polímeros cuandoestán organizados en un sustrato.
Si bien esta investigación en la etapa inicial tiene mucho camino por recorrer antes de que las baterías de base orgánica estén disponibles comercialmente, la flexibilidad y variedad de estructuras que las proteínas pueden proporcionar prometen un amplio potencial para el almacenamiento de energía sostenible que es más seguro para el medio ambiente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sociedad Americana de Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cita esta página :