Una batería biodegradable comestible podría sustituir a las de iones de litio
Investigadores desarrollan material para baterías a partir de sustancias presentes en el organismo
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¿Qué pasaría si la próxima pila que comprara estuviera fabricada con los mismos tipos de ingredientes que se encuentran en su cuerpo? Ésa es la idea que hay detrás de un innovador material para pilas fabricado con componentes naturales y biodegradables. Es tan natural que incluso podría consumirse como alimento.
Un equipo de investigadores de la Universidad A&M de Texas, entre ellos la Dra. Karen Wooley, catedrática de Química, y la Dra. Jodie Lutkenhaus, catedrática de Ingeniería Química, ha desarrollado una pila biodegradable a partir de polímeros naturales. Sus resultados se han publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
El grupo de investigación de Wooley en la Facultad de Letras y Ciencias lleva 15 años orientándose hacia los productos naturales para la construcción de materiales plásticos sostenibles y degradables. Lutkenhaus, decana asociada de investigación de la Facultad de Ingeniería, ha estado utilizando materiales orgánicos para diseñar una batería mejor. Sugirió colaborar para combinar los polímeros de origen natural de Wooley con su experiencia en baterías.
"Hace tiempo que nos interesan los materiales para baterías más seguros y flexibles", explica Lutkenhaus. "Cuando el laboratorio del Dr. Wooley empezó a desarrollar estos polímeros de origen natural, abrió la puerta a algo totalmente nuevo: una batería que pudiera funcionar bien y también desaparecer de forma segura cuando ya no se necesitara".
Una batería hecha de vitamina B2 y aminoácidos
El nuevo material está hecho de dos ingredientes clave que se encuentran en la naturaleza: riboflavina, también conocida como vitamina B2, y ácido L-glutámico, un aminoácido que ayuda a construir proteínas en el cuerpo.
"Esos componentes fueron identificados por un talentoso recién doctorado, el Dr. Shih-Guo Li, que comenzó su investigación de tesis hace cinco años con la intención de mejorar el contenido de bloques de construcción bio-renovables para la construcción de baterías de polímeros orgánicos", dijo Wooley. "Después desarrolló métodos sintéticos para conectar los bloques de construcción moleculares en estructuras similares a cadenas llamadas polipéptidos".
Lo que hace especial a este material es que es redox-activo, es decir, que puede ganar y perder electrones. Así es como las pilas almacenan y liberan energía. En este caso, la riboflavina se encarga de la energía, mientras que el polipéptido aporta estructura y ayuda a que el material se descomponga de forma natural.
A diferencia de las pilas de iones de litio convencionales, que dependen de metales y productos petroquímicos, este nuevo material procede íntegramente de fuentes biológicas renovables. Está diseñado para degradarse de forma segura cuando se expone al agua o a enzimas, lo que lo convierte en una solución prometedora para reducir los residuos de las pilas, especialmente en los casos en que no se reciclan adecuadamente.
"Aunque se están haciendo esfuerzos importantes para reciclar las pilas, en los casos en que no se recogen y procesan activamente para su reciclaje, deberían ser capaces de sufrir una descomposición natural y con liberación de productos de degradación no tóxicos", afirma Wooley.
Más seguro para el medio ambiente y las células vivas
En las pruebas de laboratorio, el material demostró su idoneidad como ánodo, la parte de una batería que almacena electrones. Y lo que es más importante, el material no es tóxico para los fibroblastos, un tipo de células del tejido conjuntivo.
"Por el momento, sólo hemos confirmado que nuestros materiales son citocompatibles, es decir, que no son nocivos para las células", afirma Wooley. "Esto podría ser importante si los materiales se utilizaran en dispositivos implantables o para llevar puestos".
Lutkenhaus dijo que los resultados de rendimiento eran especialmente prometedores dado el origen natural del material.
"Nos entusiasmó ver que el comportamiento electroquímico estaba a la par con el de los materiales poliméricos sintéticos no sostenibles", dijo. "Demuestra que no hay que sacrificar el rendimiento para ganar en sostenibilidad".
Hacia un futuro circular para el diseño de baterías
Los investigadores afirman que este tipo de diseño -empezar con el fin en mente- es clave para construir un futuro más sostenible. En lugar de crear materiales que duren para siempre y se conviertan en residuos, los están diseñando para que formen parte de una economía circular, en la que los materiales se reutilicen, reciclen o devuelvan a la naturaleza de forma segura.
"Me gusta considerar cada material sintético que produce mi laboratorio como un punto en su camino hacia la función y el propósito", dijo Wooley, "con capacidad para realizar transformaciones físicas y químicas que permiten reutilizar los componentes moleculares en varias otras direcciones".
"La más extrema en este caso, las baterías podrían convertirse en comestibles para proporcionar un tipo diferente de suministro de 'energía'".
Por ahora, el equipo se centra en mejorar el rendimiento del material y encontrar formas de hacerlo más asequible. Actualmente, el proceso químico utilizado para fabricar el material es demasiado caro para su uso comercial.
"Tenemos que mejorar el rendimiento y luego desarrollar procesos que sean rentables", dijo Wooley. "Eso podría requerir entre 5 y 10 años".
La emoción de la colaboración interdisciplinar
Una de las partes más emocionantes del proyecto, dicen los investigadores, fue la colaboración entre las facultades de Texas A&M.
"Como químico, mi momento más emocionante fue cuando el laboratorio del profesor Lutkenhaus demostró que nuestros materiales podían fabricarse en sistemas de baterías que funcionaban", afirma Wooley. "Fue una confirmación de que la estrategia es prometedora para seguir adelante".
Lutkenhaus añadió: "Ver los materiales unidos en una batería funcional fue un hito importante. Validó el concepto y nos dio una dirección clara para el desarrollo futuro".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Shih-Guo Li, Khirabdhi T. Mohanty, Alexandra D. Easley, Yohannes H. Rezenom, Soon-Mi Lim, Leyla P. Gillett, Stone D. Naquin, David K. Tran, Tan P. Nguyen, Jodie L. Lutkenhaus, Karen L. Wooley; "A bioinspired and degradable riboflavin-containing polypeptide as a sustainable material for energy storage"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-6-23
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