Hispanopedia WikiUna biobatería es un dispositivo de almacenamiento de energía que funciona con compuestos orgánicos . Aunque las baterías nunca se han comercializado, todavía se están probando y varios equipos de investigación e ingenieros están trabajando para seguir avanzando en el desarrollo de estas baterías.
Funcionamiento
Al igual que cualquier batería, las biobaterías constan de un ánodo , un cátodo , un separador y un electrolito , y cada componente se superpone a otro. Los ánodos y los cátodos son las áreas positivas y negativas de una batería que permiten que los electrones entren y salgan. El ánodo se encuentra en la parte superior de la batería y el cátodo en la parte inferior. Los ánodos permiten que la corriente fluya desde el exterior de la batería, mientras que los cátodos permiten que la corriente fluya desde la batería.
Entre el ánodo y el cátodo se encuentra el electrolito que contiene un separador. La función principal del separador es mantener separados el cátodo y el ánodo, para evitar cortocircuitos eléctricos. Este sistema en su conjunto permite un flujo de protones ( ) y electrones ( ) que, en última instancia, genera electricidad. [1]
Batería de azúcar
En el ánodo, el azúcar se oxida, produciendo tanto electrones como protones.
- Glucosa → Gluconolactona + 2H + + 2e −
Estos electrones y protones desempeñan ahora un papel importante en la liberación de la energía química almacenada. Los electrones viajan desde la superficie del ánodo a través de un circuito externo hasta llegar al cátodo. [2] Por otro lado, los protones se transfieren a través del electrolito a través del separador hasta el lado del cátodo de la batería. [1]
Luego, el cátodo lleva a cabo una semireacción de reducción, combinando los protones y electrones con la adición de gas oxígeno para producir agua.
- O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O
Cultivos bacterianos
Ha habido un interés en el uso de bacterias para generar y almacenar electricidad. En 2013, los investigadores descubrieron que E. coli es un buen candidato para una biobatería viviente porque su metabolismo puede convertir la glucosa en energía de manera suficiente para producir electricidad. [3] A través de la combinación de diferentes genes es posible optimizar la producción eléctrica eficiente del organismo. Las biobaterías bacterianas tienen un gran potencial ya que pueden generar electricidad en lugar de simplemente almacenarla y también porque pueden contener sustancias menos tóxicas o corrosivas que el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico .
Otra bacteria de interés es una bacteria recién descubierta (¿ cuándo? ) , la Shewanella oneidensis , apodada "bacteria eléctrica", que puede reducir los iones tóxicos de manganeso y convertirlos en alimento. [4] En el proceso, también genera corriente eléctrica, que se transmite a través de diminutos cables formados por apéndices bacterianos llamados nanocables bacterianos. Esta red de bacterias y cables interconectados crea un vasto biocircuito bacteriano que no se conoce hasta ahora por la ciencia. Además de generar electricidad, también tiene la capacidad de almacenar carga eléctrica. [5]
En 2015, los investigadores demostraron que las bacterias oxidantes y reductoras de hierro podían cargar y descargar electrones en nanopartículas de magnetita. En su investigación, se expusieron cocultivos de bacterias reductoras y oxidantes de hierro a ciclos simulados de día y noche. Cuando se expusieron a la luz, las bacterias fototróficas oxidantes de Fe(II), Rhodopseudomonas palustris , pudieron extraer electrones de la magnetita, descargándola. En condiciones de oscuridad, la bacteria anaeróbica reductora de Fe(III) Geobacter sulfurreducens pudo revertir el proceso, devolviendo electrones a la magnetita, recargándola. [6] [7] Los investigadores concluyeron que los iones de hierro en los minerales de magnetita están biodisponibles como sumideros y fuentes de electrones en diversas condiciones ambientales, y podrían funcionar eficazmente como una batería natural. [6]
Aplicaciones
Aunque las biobaterías no están listas para la venta comercial, varios equipos de investigación e ingenieros están trabajando para seguir avanzando en el desarrollo de estas baterías. [8] Sony ha creado una biobatería que ofrece una potencia de salida de 50 mW (milivatios). Esta potencia es suficiente para alimentar aproximadamente un reproductor de MP3. [1] En los próximos años, Sony planea llevar biobaterías al mercado, empezando con juguetes y dispositivos que requieren una pequeña cantidad de energía. [9] Varios otros centros de investigación, como Stanford y Northeastern, también están en proceso de investigación y experimentación con biobaterías como fuente alternativa de energía. Dado que hay glucosa en la sangre humana, algunos centros de investigación también están estudiando los beneficios médicos de las biobaterías y sus posibles funciones en el cuerpo humano. Aunque esto todavía debe probarse más, la investigación continúa sobre el tema que rodea tanto el material/dispositivo como el uso médico de las biobaterías.
Ventajas
Las siguientes son las ventajas de las biobaterías: • Permiten una recarga instantánea en comparación con todas las demás baterías. • Estas baterías se mantienen cargadas con la ayuda de un suministro continuo de glucosa o azúcar. No requieren ninguna fuente de alimentación externa. • Se pueden fabricar utilizando combustible fácilmente disponible. • Tienen una alta densidad energética. • Se pueden utilizar fácilmente a temperatura ambiente. • El prototipo de papel flexible se utiliza como fuente de energía implantable. • Se utilizan como fuente de energía renovable alternativa limpia debido al hecho de que son una fuente de combustible no tóxico y no inflamable. • No provocan explosiones. Por lo tanto, son seguras de usar. • No provocan ninguna fuga. [8]
Desventajas
En comparación con las baterías convencionales, como las de litio, las biobaterías tienen menos probabilidades de conservar la mayor parte de su energía. [9] Esto plantea un problema en lo que respecta al uso y almacenamiento de energía a largo plazo de estas baterías. Sin embargo, los investigadores siguen desarrollando la batería para convertirla en un sustituto más práctico de las baterías y fuentes de energía actuales. [9]
Véase también
Referencias
- ^ abc Kannan, Filipek y Li (2009).
- ^ Zhu, Zhiguang; Kin Tam, Tsz; Sun, Fangfang; You, Chun; Percival Zhang, Y.-H. (21 de enero de 2014). "Una biobatería de azúcar de alta densidad energética basada en una vía enzimática sintética". Nature Communications . 5 (1): 3026. Bibcode :2014NatCo...5.3026Z. doi : 10.1038/ncomms4026 . hdl : 10919/87717 . ISSN 2041-1723. PMID 24445859. S2CID 26403006.
- ^ Universidad de Bielefeld. "Uso de baterías bacterianas para generar electricidad". ScienceDaily .
- ^ Fessenden, Maris. "Algunos microbios pueden comer y respirar electricidad". Smithsonian .
- ^ Uría et al. (2011).
- ^ desde Byrne y col. (2015).
- ^ "Un nuevo estudio muestra que las bacterias pueden usar partículas magnéticas para crear una 'batería natural'". 27 de marzo de 2015. Archivado desde el original el 28 de diciembre de 2017. Consultado el 8 de enero de 2017 .presione soltar
- ^ ab Sharif, Faiza; Muhammad, Nawshad; Zafar, Tahera (2020). "Biomateriales a base de celulosa: beneficios y desafíos". Biofibras y biopolímeros para biocompuestos . págs. 229–246. doi :10.1007/978-3-030-40301-0_11. ISBN 978-3-030-40300-3.S2CID216469500 .
- ^ abc "BATERÍAS A BASE DE CELULOSA". Confederación Empresarial Sueca.
Obras citadas
- Byrne, James M.; Klueglein, Nicole; Pearce, Carolyn; Rosso, Kevin M.; Appel, Erwin; Kappler, Andreas (2015). "Ciclado redox de Fe(II) y Fe(III) en magnetita por bacterias metabolizadoras de Fe". Science . 347 (6229): 1473–1476. Bibcode :2015Sci...347.1473B. doi :10.1126/science.aaa4834. ISSN 0036-8075. PMID 25814583. S2CID 5450088.
- Kannan, Renugopalakrishnan; Filipek, Audette; Li, Munukutla (2009). "Biobaterías y bioceldas de combustible: aprovechamiento de las proteínas de transferencia de carga electrónica" (PDF) . Journal of Nanoscience and Nanotechnology . 9 (3). American Scientific Publishers: 1665–1678. doi :10.1166/jnn.2009.si03. PMID 19435024. Archivado desde el original (PDF) el 2011-03-04.
- Uría, N.; Muñoz Berbel, X.; Sánchez, O.; Muñoz, FX; Mas, J. (2011). "Almacenamiento transitorio de carga eléctrica en biopelículas de Shewanella oneidensis MR-1 creciendo en una celda de combustible microbiana". Environ. Sci. Technol . 45 (23): 10250–6. Bibcode :2011EnST...4510250U. doi :10.1021/es2025214. PMID 21981730.