La leguminosa más cultivada del mundo podría utilizarse para fabricar las baterías del futuro.
Investigadores de la Universidad Tsinghua de Beijing han desarrollado un material renovable elaborado a partir de proteína de soja que podría alimentar la próxima generación de baterías de estado sólido con alta eficiencia y larga duración.
Las baterías de estado sólido han sido aclamadas como las sucesoras de las tecnologías de baterías de iones de litio que se utilizan en todas partes hoy en día, desde los teléfonos inteligentes hasta los vehículos eléctricos. La principal innovación de las baterías de estado sólido radica en el electrolito, un componente esencial de cualquier batería que actúa como puente entre los electrodos, permitiendo que los iones metálicos viajen a través de él para generar electricidad. Como sugiere el nombre, las baterías de estado sólido reemplazan los electrolitos líquidos convencionales con materiales sólidos, lo que permite una carga más rápida y potencialmente duplicar la capacidad de almacenamiento de energía.
El desarrollo aún está en curso para que las baterías de estado sólido sean competitivas con otras baterías tanto en rendimiento como en costo. Una solución que está ganando cada vez más atención es el uso de materiales renovables para fabricar electrolitos sólidos, lo que ofrece una forma de reducir el impacto ambiental de la fabricación de baterías y al mismo tiempo mejorar el rendimiento y la seguridad de las mismas.
«Nuestra investigación avanza en el uso de materiales de biomasa ecológicos y sostenibles en el campo de la ciencia y la tecnología de las baterías, contribuyendo a crear un futuro más limpio, más eficiente y sostenible», afirma Yang Shen, profesor de la Universidad de Tsinghua y autor del estudio. «En comparación con los electrolitos sólidos tradicionales, los electrolitos sólidos de alto rendimiento desarrollados con energía renovable (proteína de soja) ayudan a reducir la generación de residuos y minimizar el impacto ambiental».
De la soja a las baterías de alta gama
La proteína de soja es un material renovable de bajo costo que se puede cultivar en abundancia, lo que la convierte en un candidato ideal para fabricar baterías asequibles y respetuosas con el medio ambiente. La estructura natural de las proteínas de la soja permite que los iones viajen a través de ellas, al tiempo que permite a los científicos modificar fácilmente el material y adaptar sus propiedades para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones.
«Utilizada principalmente en las industrias alimentaria y médica, su accesibilidad, no toxicidad y biodegradabilidad hacen que (la proteína de soja) sea un material prometedor para aplicaciones potenciales en otros campos», afirma Shen.
Para fabricar un material adecuado para baterías, su equipo de investigación modificó químicamente las proteínas de soja para aumentar su conductividad natural, ayudando a que los iones de litio viajen más fácilmente. El material resultante consta de una red tridimensional de capas duras y blandas que hacen que el electrolito sea a la vez duro y flexible.
Una batería de litio de estado sólido construida con este electrolito a base de soja pudo cargarse y descargarse de manera estable durante 2.000 horas a 60 °C. Cuando la temperatura se elevó a 120°C, la batería retuvo casi el 75% de su capacidad durante más de 800 ciclos de carga, lo que muestra el potencial para aplicaciones que requieren un rendimiento confiable a altas temperaturas. Por el contrario, las baterías de iones de litio convencionales tienden a ser inestables a temperaturas superiores a 60°C, lo que afecta gravemente su rendimiento y puede plantear riesgos para la seguridad, como la fuga de compuestos tóxicos y altamente inflamables.
Además, el material a base de soja podría abordar un desafío importante para muchos electrolitos actualmente en desarrollo: a medida que una batería se carga y descarga, puede ocurrir una reacción química entre el electrolito y los electrodos que depositan sustancias químicas para crear una capa de interfaz. Si esta capa no se estabiliza, seguirá creciendo con cada ciclo de carga, reduciendo lentamente el rendimiento de la batería con el tiempo.
Las baterías construidas con material a base de soja crearon una interfaz delgada y uniforme entre el electrolito y los electrodos que permaneció estable con el tiempo. Además, la capa de interfaz era flexible, lo que le permitía expandirse y contraerse con la batería a medida que viaja, evitando grietas.
Una evaluación del ciclo de vida mostró que la fabricación del material a base de soja tendría un impacto ambiental menor en términos de acidificación, liberación de carcinógenos y uso de combustibles fósiles en comparación con otros materiales de electrolitos orgánicos que se han mostrado prometedores en aplicaciones de baterías de estado sólido. El electrolito de proteína de soja también mostró una liberación significativamente menor de compuestos volátiles tóxicos o inflamables en comparación con otros materiales.
«Estos resultados demostraron que los materiales (a base de soja) tienen un gran potencial en el campo del almacenamiento de energía y proporcionan una ruta prometedora hacia los electrolitos sólidos basados en biomasa», afirma Shen.
Aunque será necesario seguir trabajando para refinar este material y hacerlo adecuado para la producción a gran escala de baterías de próxima generación, la proteína de soja algún día podría convertirse en la base de baterías respetuosas con el medio ambiente y con una larga vida útil. En particular, Shen y sus colegas ven prometedoras las aplicaciones en vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos, especialmente para cualquier caso de uso en el que las baterías necesiten funcionar de manera confiable a temperaturas extremas.
Crédito de la imagen destacada: Pete Linforth a través de Pixabay
