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La Innovación Sostenible Puede Acelerar el Desarrollo de Baterías Más Duraderas, Ligeras y con Mayor Densidad Energética
Investigadores de la Universidad Estatal de Washington descubrieron una forma inusual de mejorar el desempeño de las baterías de litio-azufre. Utilizando proteína de maíz en un componente de la batería, el equipo logró aumentar significativamente su durabilidad y eficiencia.
La innovación puede ayudar a expandir el uso de estas baterías en vehículos eléctricos, almacenamiento de energía renovable y otras aplicaciones.
Más Ligera y Más Ecológica
Las baterías de litio-azufre son vistas como prometedoras porque pueden almacenar más energía con menos peso. Esto significa que, en la práctica, los vehículos eléctricos podrían usar baterías más pequeñas y ligeras. Además, estas baterías son más ecológicas. Utilizan azufre en el cátodo, un material barato, abundante y no tóxico.
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En cambio, las baterías de iones de litio, comunes hoy en día, utilizan óxidos metálicos y metales pesados, como cobalto y níquel, que son tóxicos y caros. Por lo tanto, el uso de azufre representa una opción más limpia y sostenible.
Problemas que Obstaculizan el Uso
A pesar de las ventajas, las baterías de litio-azufre enfrentan desafíos técnicos. Uno de ellos es el llamado “efecto péndulo”, que ocurre cuando el azufre escapa a la parte líquida de la batería y acaba migrando hacia el lado del litio. Este proceso reduce la vida útil de la batería.
Otro problema son los “dendritos”, picos metálicos que se forman en el lado del litio. Pueden causar cortocircuitos y comprometer la seguridad del dispositivo. Debido a estos dos factores, el uso comercial de estas baterías aún es limitado.
La Solución con Proteína de Maíz
Para enfrentar estos problemas, los científicos desarrollaron una barrera protectora en el separador de la batería, hecha con proteína de maíz combinada con un plástico común. Esta barrera ayudó a evitar tanto el efecto péndulo como la formación de los dendritos.
Las pruebas se realizaron en baterías del tipo botón. Según el estudio, lograron mantener su carga por más de 500 ciclos, representando una mejora importante en relación con las versiones sin la proteína de maíz.
“La proteína de maíz es un buen material para baterías porque es natural, abundante y sostenible”, explicó Jin Liu, profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la universidad y autor del artículo.
Cómo Funciona en la Práctica
Las proteínas están formadas por aminoácidos, que interactúan con los materiales internos de la batería. Estas interacciones ayudan en el movimiento de los iones de litio y reducen el efecto péndulo. Sin embargo, la proteína tiene una estructura plegada naturalmente, lo que puede obstaculizar su desempeño.
Para resolver esto, los investigadores agregaron una pequeña cantidad de plástico flexible. Esto ayudó a “abrir” la estructura de la proteína, mejorando la eficiencia del separador.
“Lo primero que debemos pensar es cómo abrir la proteína, para que podamos usar estas interacciones y manipularla”, afirmó Liu.
Próximos Pasos de la Investigación
El estudio fue publicado en el Journal of Power Sources y contó con la dirección de los estudiantes de posgrado Ying Guo, Pedaballi Sireesha y Chenxu Wang. Los investigadores también realizaron experimentos y simulaciones para probar la eficacia de la nueva solución.
Ahora, quieren profundizar en los estudios sobre cómo interactúa exactamente la proteína con la batería. El objetivo es descubrir qué aminoácidos son más eficientes y cómo se puede optimizar la estructura.
“Una proteína es una estructura muy compleja”, dijo Katie Zhong, profesora de la misma escuela y coautora del estudio. “Necesitamos realizar más simulaciones para identificar qué partes de la proteína funcionan mejor para lidiar con el efecto péndulo y los dendritos.”
El equipo también pretende asociarse con empresas para probar baterías más grandes y desarrollar métodos de producción a gran escala. Si tienen éxito, la aplicación del maíz puede convertirse en parte del futuro de las baterías más limpias y duraderas.
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