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Miércoles, 11 diciembre 2013
Ingeniería

¿Mejores baterías para automóviles gracias a la biología?

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Las baterías de litio-aire se han convertido en objeto de intensa investigación en los últimos años, dado que tienen un gran potencial para incrementar drásticamente la energía por peso de batería, lo cual podría dar lugar, por ejemplo, a coches eléctricos con una mayor autonomía. Pero para lograrlo hay que superar una serie de desafíos, entre ellos la necesidad de desarrollar materiales mejores y más duraderos para los electrodos de la batería, así como aumentar la cantidad de ciclos de carga-descarga que las baterías pueden soportar.

Recientemente, unos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, han comprobado que la estrategia de añadir virus genéticamente modificados a la producción de nanocables (cables tan delgados que su diámetro es aproximadamente el mismo de un glóbulo rojo de la sangre), que sirven como electrodos de la batería, podría ayudar a resolver algunos de estos problemas.

La clave del trabajo de estos científicos radica en un aumento significativo del área de superficie del cable, lo que conlleva un incremento del área donde la actividad electroquímica tiene lugar durante la carga o la descarga de la batería.

El equipo de Dahyun Oh, Angela Belcher y Yang Shao-Horn produjo un conjunto de nanocables, cada uno de 80 nanómetros de ancho, usando un virus genéticamente modificado al que se denomina M13, y que puede capturar moléculas de metales presentes en agua y enlazarlos en formas estructurales. En este caso, los cables de óxido de manganeso (un material que figura entre los favoritos para el cátodo de una batería de litio-aire), fueron fabricados por los virus. Sin embargo, y aquí radica el aspecto más importante del avance tecnológico, a diferencia de lo que sucede con los nanocables fabricados a través de métodos químicos convencionales, estos nanocables elaborados por virus tienen una superficie áspera, con prolongaciones. Debido a ello, el área de superficie de estos nanocables víricos es mucho mayor que la de los nanocables lisos que usualmente se obtienen con los métodos convencionales.

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El aumento del área de superficie conseguido mediante el nuevo método vírico puede constituir una gran ventaja que ayude a afrontar con éxito el problema de la tasa de carga y descarga en las baterías litio-aire. Pero el proceso también tiene otras ventajas potenciales: A diferencia de los métodos de fabricación convencionales, que requieren altas temperaturas, consumen mucha energía, y emplean productos químicos peligrosos, el nuevo proceso se lleva a cabo a temperatura ambiente mediante un proceso basado en el agua.

Además, los virus producen de manera natural los nanocables con una estructura tridimensional que proporciona una mayor estabilidad al electrodo.

Una parte final del proceso es la adición de una pequeña cantidad de un metal, como el paladio, que aumenta de modo notable la conductividad eléctrica de los nanocables, y les permite catalizar las reacciones que tienen lugar durante la carga y la descarga. Otros equipos de científicos han intentado producir dichas baterías utilizando metales caros en estado puro o al menos con concentraciones muy altas, para los electrodos, pero este nuevo proceso disminuye drásticamente la cantidad del caro material a usar.

En su conjunto, todas estas modificaciones tienen el potencial de producir una batería que puede proporcionar de dos a tres veces mayor densidad de energía (la cantidad de energía que puede ser almacenada para un peso dado de la batería) que las mejores baterías actuales de ión-litio, un tipo de batería similar al de las de litio-aire y que es un firme rival de éstas.

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