Nueva batería de polipéptidos reciclable y sin metales que se degrada a demanda

La introducción de las baterías de iones de litio (Li-ion) ha revolucionado la tecnología en su conjunto, dando lugar a importantes avances en los bienes de consumo de casi todos los sectores. Los dispositivos alimentados por baterías se han convertido en algo omnipresente en todo el mundo. Si bien la disponibilidad de la tecnología es, en general, algo positivo, el rápido crecimiento ha llevado directamente a varias cuestiones éticas y medioambientales clave en torno al uso de las baterías de iones de litio.

Las baterías de iones de litio actuales utilizan cantidades significativas de cobalto, que en varios casos internacionales bien documentados se extrae utilizando mano de obra infantil en entornos de trabajo peligrosos. Además, sólo un porcentaje muy pequeño de las baterías de iones de litio se recicla, lo que aumenta la demanda de cobalto y otros elementos estratégicos.

Un equipo multidisciplinar de investigadores de la Universidad de Texas A&M ha hecho un gran avance que podría llevar a que la producción de baterías se aleje del cobalto. En un artículo publicado en el número de mayo de la revista Nature, la Dra. Jodie Lutkenhaus, titular de la cátedra Axalta Coating Systems y profesora del Departamento de Ingeniería Química Artie McFerrin, y la Dra. Karen Wooley, distinguida profesora del Departamento de Química y titular de la cátedra W.T. Doherty-Welch de Química de la Facultad de Ciencias, exponen su investigación sobre una nueva plataforma tecnológica para baterías que no contiene ningún metal. Esta nueva plataforma tecnológica de baterías utiliza una construcción radical orgánica polipeptídica.

"Al abandonar el litio y trabajar con estos polipéptidos, que son componentes de las proteínas, realmente nos lleva a este reino de no sólo evitar la necesidad de extraer metales preciosos, sino abrir oportunidades para alimentar dispositivos electrónicos portátiles o implantables y también para reciclar fácilmente las nuevas baterías", dijo Wooley, recientemente honrado como el Profesor del Año 2021 de la SEC. "Ellas [las baterías polipeptídicas] son degradables, son reciclables, no son tóxicas y son más seguras en general".

La batería radical orgánica totalmente polipeptídica, compuesta por macromoléculas de aminoácidos redox, también resuelve el problema de la reciclabilidad. Los componentes de la nueva plataforma de baterías pueden degradarse a demanda en condiciones ácidas para generar aminoácidos, otros bloques de construcción y productos de degradación, uno de los principales avances de esta investigación, según Lutkenhaus.

"El gran problema actual de las baterías de iones de litio es que no se reciclan en el grado que vamos a necesitar para la futura economía del transporte electrificado", añadió Lutkenhaus. "La tasa de reciclaje de las baterías de iones de litio es ahora mismo de un solo dígito. Hay material valioso en la batería de iones de litio, pero su recuperación es muy difícil y requiere mucha energía".

El desarrollo de una batería de radicales orgánicos sin metales, compuesta por macromoléculas de aminoácidos redox que se degradan a demanda, supone un avance significativo hacia las baterías sostenibles y reciclables que minimizan la dependencia de metales estratégicos. Como siguiente paso, Wooley y Lutkenhaus han comenzado a trabajar en colaboración con el Dr. Daniel Tabor, profesor adjunto del Departamento de Química, a través de una beca T3 (Triads for Transformation) de Texas A&M de 2020, cuyo objetivo es utilizar el aprendizaje automático para optimizar los materiales y la estructura de la plataforma de la batería.