Un equipo de químicos de la Universidad de Toronto ha creado una batería que almacena energía en una unidad derivada biológicamente, allanando el camino para productos electrónicos de consumo más baratos que son más ecológicos.
La batería es similar a muchas baterías de iones de litio de alta energía disponibles comercialmente con una diferencia importante. Utiliza flavina de la vitamina B2 como el cátodo: la parte que almacena la electricidad que se libera cuando se conecta a un dispositivo.
"Hemos estado buscando en la naturaleza durante un tiempo para encontrar moléculas complejas para su uso en una serie de aplicaciones de electrónica de consumo", dice Dwight Seferos, profesor asociado en el Departamento de Química de la U de T y Presidente de Investigación de Canadá en Nanotecnología de polímeros.
"Cuando tomas algo hecho por la naturaleza que ya es complejo, terminas gastando menos tiempo haciendo material nuevo", dice Seferos.
Las baterías modernas contienen tres partes básicas :
Cuando una batería está conectada a un teléfono, iPod, cámara u otro dispositivo que requiere energía, los electrones fluyen desde el ánodo, el electrodo con carga negativa del dispositivo que suministra corriente, al dispositivo, luego al cátodo y los ionesmigre a través de la solución electrolítica para equilibrar la carga. Cuando se conecta a un cargador, este proceso ocurre a la inversa.
La reacción en el ánodo crea electrones y la reacción en el cátodo los absorbe cuando se descarga. El producto neto es electricidad. La batería continuará produciendo electricidad hasta que uno o ambos electrodos se queden sin la sustancia necesaria para que las reaccionesocurrir.
Si bien las partes de la batería derivadas biológicamente se han creado anteriormente, esta es la primera que utiliza polímeros bioderivados, moléculas de cadena larga, para uno de los electrodos, lo que esencialmente permite que la energía de la batería se almacene en una vitamina creadaplástico, en lugar de más costoso, más difícil de procesar y metales más dañinos para el medio ambiente, como el cobalto.
"Obtener el material correcto evolucionó con el tiempo y definitivamente tomó algunas reacciones de prueba", dice el coautor de papel y estudiante de doctorado Tyler Schon. "En muchos sentidos, parecía que esto podría haber fallado. Definitivamente tomó muchoperseverancia."
Schon, Seferos y sus colegas se encontraron con el material mientras probaban una variedad de polímeros de cadena larga, específicamente polímeros de grupo pendientes: las moléculas unidas a una cadena de 'columna vertebral' de una molécula larga.
"La química orgánica es como Lego", dice. "Se juntan las cosas en un cierto orden, pero algunas cosas que parecen encajar en el papel no lo hacen en realidad. Intentamos algunos enfoques yel quinto funcionó ", dice Seferos.
El equipo creó el material a partir de la vitamina B2 que se origina en hongos modificados genéticamente mediante un proceso semisintético para preparar el polímero mediante la unión de dos unidades de flavina a una cadena principal de molécula de cadena larga.
Esto permite una batería verde con alta capacidad y alto voltaje, algo cada vez más importante a medida que el 'Internet de las cosas' continúa uniéndonos cada vez más a través de nuestros dispositivos portátiles que funcionan con baterías.
"Es un compuesto natural bastante seguro", agrega Seferos. "Si quisieras, podrías comer el material de origen del que proviene".
la capacidad de B2 de reducirse y oxidarse lo hace ideal para una batería de iones de litio.
"B2 puede aceptar hasta dos electrones a la vez", dice Seferos. "Esto facilita tomar múltiples cargas y tener una alta capacidad en comparación con muchas otras moléculas disponibles".
"Han sido muchas pruebas y errores", dice Schon. "Ahora estamos buscando diseñar nuevas variantes que puedan recargarse una y otra vez".
Si bien el prototipo actual está en la escala de una batería para audífonos, el equipo espera que su avance pueda sentar las bases para baterías libres de metales potentes, delgadas, flexibles e incluso transparentes que puedan soportar la próxima ola de productos electrónicos de consumo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Toronto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :