La biobatería alimentada con azúcar tiene 10 veces más almacenamiento de energía que el litio: su teléfono inteligente pronto podría funcionar con enzimas

Zhang

Como probablemente sepa, después de chupar latas de Coca-Cola y masticar dulces, el azúcar (glucosa, fructosa, sacarosa, dextrosa) es una excelente fuente de energía. Biológicamente hablando, las moléculas de azúcar son densas en energía, fáciles de transportar y baratas de digerir. Hay una razón por la que casi todas las células vivas de la Tierra generan su energía (ATP) a partir de la glucosa. Ahora, los investigadores de Virginia Tech han creado con éxito una celda de combustible alimentada con azúcar que tiene una densidad de almacenamiento de energía de 596 amperios-hora por kilo, o 'un orden de magnitud' más alta que las baterías de iones de litio. Esta pila de combustible es recargable con una solución de maltodextrina y sus únicos subproductos son la electricidad y el agua. El investigador principal, Y.H. Percival Zhang, dice que la tecnología podría comercializarse en tan solo tres años.

Ahora bien, no es exactamente una novedad que el azúcar sea una excelente fuente de energía. Como cultura, probablemente lo hemos sabido desde antes de ser Homo sapiens . El problema es que, a menos que seas un organismo vivo o algún tipo de dispositivo incendiario, extraer esa energía es difícil. En la naturaleza, se utiliza una vía enzimática: una línea de producción de enzimas hechas a medida que se entrometen con las moléculas de glucosa hasta que se convierten en ATP. Debido a que es bastante fácil producir enzimas en grandes cantidades, los investigadores han intentado crear pilas de combustible que utilicen un 'metabolismo' artificial para descomponer la glucosa en electricidad (biobaterías), pero históricamente ha resultado muy difícil encontrar la vía correcta para lograr la máxima eficiencia y para mantener las enzimas en el lugar correcto durante un largo período de tiempo.



Diagrama de pila de combustible enzimático

Un diagrama de la pila de combustible enzimática. Las pequeñas cosas de Pac-Man son enzimas.





Ahora, sin embargo, Zhang y sus amigos de Virginia Tech parecen haber construido una celda de combustible de alta densidad que utiliza una vía enzimática para generar mucha electricidad a partir de la glucosa. No parece haber mucha información sobre cuán estable es esta batería biológica con múltiples recargas, pero si Zhang cree que podría comercializarse en tres años, es una muy buena señal. Curiosamente, el artículo de investigación dice que las enzimas no están inmovilizadas, lo que significa que Zhang encontró una determinada química de la batería que no requiere que las enzimas se mantengan en su lugar ... o, alternativamente, que solo funcionará por un tiempo muy corto.

Densidades de energía de varios tipos de baterías

Densidades de energía de varios tipos de baterías. '15% de maltodextrina', en azul oscuro, es la batería que se analiza aquí.



La batería biológica de Virginia Tech utiliza 13 enzimas, más aire (es una batería biológica que respira aire), para producir casi 24 electrones a partir de una sola unidad de glucosa. Esto equivale a una potencia de salida de 0,8 mW / cm, una densidad de corriente de 6 mA / cm y una densidad de almacenamiento de energía de 596 Ah / kg. Esta última cifra es impresionante, aproximadamente 10 veces la densidad de energía de las baterías de iones de litio de sus dispositivos móviles. (Trabajo de investigación: doi: 10.1038 / ncomms4026 - “Una biobatería de azúcar de alta densidad energética basada en una vía enzimática sintética”)



Si las biobaterías de Zhang funcionan, es posible que pronto esté recargando su teléfono inteligente con una solución de maltodextrina al 15%. Esa batería no solo sería muy segura (produce agua y electricidad), sino que también sería muy económica y muy ecológica. Esto parece encajar perfectamente con la página de inicio de Zhang, que habla de cómo sus principales objetivos en la vida son reemplazar el petróleo crudo por azúcar y alimentar al mundo.

La otra área en la que las biobaterías pueden ser útiles es la alimentación de dispositivos implantados, como marcapasos o, en el futuro, sensores subcutáneos y computadoras . Tal biobatería podría alimentarse de la glucosa en su torrente sanguíneo , proporcionando un suministro interminable de electricidad segura para la miríada de implantes que seguramente tendrán los tecnócratas futuristas.