Prototipo de batería de glucosa inspirado en el metabolismo del cuerpo

Un grupo de investigadores que publican en ACS Energy Letters han creado una batería que funciona con vitamina B2 (riboflavina) y glucosa. Tomando como inspiración la forma en que el cuerpo humano descompone la glucosa para obtener energía mediante enzimas, el equipo incorporó riboflavina en un prototipo de batería de celda de flujo. El mediador riboflavina ayudó a transportar electrones entre los electrodos de la batería y el electrolito de glucosa, lo que generó un flujo electroquímico a partir de la energía almacenada en el azúcar.

“Las celdas de flujo de riboflavina y glucosa pueden generar electricidad a partir de fuentes de energía de origen natural”, afirma Jong-Hwa Shon, autor principal del estudio. “Al utilizar componentes no tóxicos que son poco costosos y abundantes en la naturaleza, este sistema ofrece una vía prometedora para el almacenamiento de energía residencial más seguro y asequible”.

Una batería de celda de flujo almacena energía electroquímica en dos electrolitos que fluyen por el sistema. A medida que se producen reacciones en el electrolito y en los electrodos, la energía química almacenada se convierte en energía eléctrica, y viceversa. Y dado que la mayoría de las plantas contienen glucosa, este azúcar podría ser un electrolito abundante y económico como fuente de energía en una batería de celda de flujo.

Los prototipos actuales de pilas de combustible de glucosa requieren catalizadores de metales nobles para descomponer las moléculas de azúcar y generar energía, pero estos modelos producen poca energía y son difíciles de ampliar para su uso industrial. La riboflavina ha demostrado ser prometedora en otros tipos de baterías de flujo como alternativa a los catalizadores metálicos, ya que esta vitamina es estable en el pH básico que requieren los electrolitos de las celdas de flujo de glucosa. Por eso, Shon, Ruozhu Feng, Wei Wang y sus colegas quisieron diseñar una celda de combustible de glucosa con riboflavina como catalizador.

Para la batería, el equipo utilizó un material de carbono para formar los electrodos positivo y negativo. El electrolito que fluía alrededor del electrodo negativo contenía una forma activa de riboflavina y glucosa, y en el electrodo positivo, el electrolito incluía ferricianuro de potasio u oxígeno (como se utiliza en las pilas de combustible convencionales) en una solución con un pH básico. Aunque la celda con ferricianuro de potasio permitió al equipo medir con precisión la actividad catalítica de la riboflavina, la celda con oxígeno es una opción más eficaz en términos de costos para el uso práctico a gran escala.

En una demostración con la celda de flujo que contenía ferricianuro de potasio, el equipo observó electrones moviéndose por la celda y una densidad de potencia a temperatura ambiente comparable a la de las baterías de celda de flujo existentes que utilizan metal de vanadio. Por el contrario, la celda de flujo que contenía oxígeno tuvo reacciones más lentas en los electrodos que el diseño de ferricianuro de potasio. Según los investigadores, esto se debe probablemente a que el oxígeno descompone la riboflavina en presencia de luz, lo que provocaría la autodescarga de la batería. Sin embargo, la versión de oxígeno siguió mostrando una mayor densidad de potencia en comparación con los informes anteriores. Los investigadores informan que tienen previsto mejorar la densidad de potencia de la celda de flujo de glucosa que contiene oxígeno, para lo cual evitarán las reacciones lumínicas con riboflavina y perfeccionarán la ingeniería celular.

Los autores agradecen la financiación recibida de la Alianza para la Investigación en Almacenamiento de Energía (experimento, redacción y revisión del manuscrito), un centro de innovación energética financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, Oficina de Ciencia, Ciencias Energéticas Básicas; y por la Iniciativa de Materiales para Almacenamiento de Energía (ideación y experimento inicial) del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, que es un proyecto de investigación y desarrollo dirigido por el laboratorio.

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