Un virus en las baterías de litio-aire [vídeo]

Las baterías de litio-aire, que triplicarán la autonomía de los coches eléctricos, podrían disfrutar de cátodos más eficientes gracias a la colaboración de ingenieros, biólogos y oncólogos. ¿Biólogos y oncólogos?

Un virus modificado genéticamente que construye sobre su finísima estructura una armadura del material deseado, formando un entramado tridimensional con cualidades idóneas para su uso como cátodo en baterías de litio-aire.

Las baterías de litio-aire podrían sustituir algún día la actual tecnología de ion litio, aportando mayores capacidades a precios más reducidos. Pero antes de llegar al mercado tienen que superar sus problemas durabilidad para lo que encontrar un material apropiado para el cátodo es uno de los principales retos.

Desde el Instituto Tecnológico de Massachusetts nos llega una idea que parece sacada de un libro de ciencia ficción. Utilizar un virus como base para construir el cátodo de las baterías. El artículo, publicado en la revista Nature Communications, se complementa con un ilustrativo vídeo en el que se explican las virtudes de su propuesta.

La idea es usar el virus fago M13 como base para fabricar nanohilos, estructuras cilíndricas con unos pocos nanómetros (milésimas de micrametros) de grosor que ofrecen mucha superficie con respecto a su volumen. Una gran superficie donde realizar el intercambio de electrones necesario para el buen funcionamiento de la batería y aumentar la velocidad de carga y descarga de estas.

El virus, compuesto por una única molécula de ADN, es modificado genéricamente para capturar moléculas metálicas, formando una especie de armadura a su alrededor. De este modo se convierte en un nanohilo del metal deseado. Usando manganeso, y con su posterior oxidación, se obtienen de una forma precisa y relativamente sencilla nanohilos de óxido de manganeso. Por caprichos del método de crecimiento y a diferencia de los crecimientos habituales de este tipo de estructuras, estos nanohilos son muy rugosos, algo que incrementa aun más la proporción de superficie por volumen.

 

Los nanohilos crecen formando un entramado tridimensional que proporciona estabilidad y asegura un buen contacto. Posteriormente se puede añadir otro metal, como el paladio, para mejorar la eficiencia y la conductividad del óxido de manganeso y catalizar las reacciones que tienen que tener lugar durante los ciclos de la batería.

Se podría decir que las estructuras son fabricadas por el virus, como crece el coral en los arrecifes. Con este óxido de manganeso se construyen los cátodos para las baterías de litio-aire. Un método de producción barato, ya que no precisa de altas temperaturas ni químicos peligrosos, solo procesos basados en agua y a temperatura ambiente.

En los primeros tests utilizando este material como cátodo se ha demostrado su viabilidad durante 50 ciclos, mejorando en gran medida los resultados obtenidos usando nanoparticulas con la misma composición. Las baterías podrían llegar a triplicar la densidad energética de las mejores baterías de ion litio presentes a día de hoy en el mercado.

No hay que olvidar que el objetivo de este estudio era la obtención del material a partir de los virus, y que una optimización del sistema es necesaria para llegar a los cientos o miles de ciclos. Igualmente el sistema de fabricación basado en ensamblado molecular sufrirá mejoras y modificaciones antes de llevarlo a su producción en masa, que no se antoja sea pronto. En cualquier caso, un tema apasionante.

Fuentes | Nature | Youtube