Biobatería - Biobattery

Una biobatería es un dispositivo de almacenamiento de energía que funciona con compuestos orgánicos , generalmente glucosa , como la glucosa en la sangre humana. Cuando las enzimas del cuerpo humano descomponen la glucosa, se liberan varios electrones y protones. Por lo tanto, al usar enzimas para descomponer la glucosa, las biobaterías reciben directamente energía de la glucosa. Luego, estas baterías almacenan esta energía para su uso posterior. Este concepto es casi idéntico a cómo tanto las plantas como muchos animales utilizan la energía de las reacciones metabólicas.

Aunque las baterías aún se están probando antes de venderse comercialmente, varios equipos de investigación e ingenieros están trabajando para avanzar más en el desarrollo de estas baterías.

Funcionamiento

Como cualquier batería, las bio-baterías constan de un ánodo , cátodo , separador y electrolito con cada componente superpuesto. Los ánodos y los cátodos son las áreas positivas y negativas de una batería que permiten que los electrones entren y salgan. El ánodo está ubicado en la parte superior de la batería y el cátodo está ubicado en la parte inferior de la batería. 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 el cátodo y el ánodo separados, para evitar cortocircuitos eléctricos. Este sistema en su conjunto, permite un flujo de protones ( ) y electrones ( ) que finalmente genera electricidad.

En el ánodo, el azúcar se oxida y produce tanto electrones como protones.

Glucosa → Gluconolactona + 2H + + 2e -

Estos electrones y protones ahora juegan un papel importante en la liberación de energía química almacenada. Los electrones viajan desde la superficie del ánodo a través de un circuito externo para llegar al cátodo. Por otro lado, los protones se transfieren a través del electrolito a través del separador al lado del cátodo de la batería.

El cátodo luego lleva a cabo una semirreacción de reducción, combinando los protones y electrones con la adición de oxígeno gaseoso para producir agua.

O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

Ventajas

Una ventaja significativa que tienen las baterías biológicas en comparación con otras baterías es su capacidad para permitir una recarga instantánea. En otras palabras, a través de un suministro constante de azúcar o glucosa, las baterías biológicas pueden mantenerse cargadas continuamente sin una fuente de alimentación externa. Las baterías biológicas también son una fuente de combustible no inflamable y no tóxico. Esto proporciona una fuente de energía renovable alternativa limpia.

Desventajas

En comparación con las baterías convencionales, como las de litio, es menos probable que las baterías biológicas retengan la mayor parte de su energía. Esto causa un problema cuando se trata del uso a largo plazo y el almacenamiento de energía para estas baterías. Sin embargo, los investigadores continúan desarrollando la batería para convertirla en un reemplazo más práctico de las baterías y fuentes de energía actuales.

Solicitud

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. Sony ha creado una batería biológica que ofrece una potencia de salida de 50 mW (milivatios). Esta salida es suficiente para alimentar aproximadamente un reproductor MP3. En los próximos años, Sony planea comercializar baterías biológicas, comenzando con juguetes y dispositivos que requieren una pequeña cantidad de energía. Varias otras instalaciones de investigación, como Stanford y Northeastern, también están en el proceso de investigar y experimentar con baterías biológicas como fuente alternativa de energía. Dado que hay glucosa en la sangre humana, algunas instalaciones de investigación también buscan los beneficios médicos de las baterías biológicas y sus posibles funciones en el cuerpo humano. Aunque esto aún no se ha probado, la investigación continúa sobre el tema que rodea tanto al material / dispositivo como al uso médico de las baterías biológicas.

Bacterias

Ha habido interés en utilizar bacterias para generar y almacenar electricidad. En 2013, los investigadores encontraron que E. coli es un buen candidato para una biobatería viva porque su metabolismo puede convertir suficientemente la glucosa en energía y producir electricidad. Mediante la combinación de diferentes genes es posible optimizar la producción eléctrica eficiente del organismo. Las baterías biológicas bacterianas tienen un gran potencial porque 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, Shewanella oneidensis , apodada "Bacteria eléctrica" ​​que puede reducir los iones tóxicos de manganeso y convertirlos en alimento. En el proceso, también genera corriente eléctrica, y esta corriente se transporta a lo largo de pequeños cables hechos de apéndices bacterianos llamados nanoalambres bacterianos. Esta red de bacterias y cables interconectados crea un vasto biocircuito bacteriano diferente a todo lo conocido previamente por la ciencia. Además de generar electricidad, también tiene la capacidad de almacenar carga eléctrica.

Los científicos demostraron que las bacterias pueden cargar electrones y descargar electrones de partículas microscópicas de magnetita. Los investigadores realizaron nuevos experimentos con la bacteria púrpura, Rhodopseudomonas palustris , controlando la cantidad de luz a la que estaba expuesta la bacteria. Esta bacteria pudo extraer electrones de su entorno circundante. El equipo cambió las condiciones de luz. Durante el día, las bacterias fototróficas oxidantes del hierro pudieron eliminar los electrones de la magnetita que la descargaba. Durante la noche, las bacterias pudieron devolver electrones a la magnetita recargándola. Durante este proceso, los investigadores descubrieron que esta magnetita podría usarse para limpiar metales tóxicos. La magnetita puede reducir la forma tóxica del cromo , el cromo VI, al cromo (III) menos tóxico.

Ver también

Referencias