Un grupo de investigadores ha encontrado en un producto natural una solución a uno de los mayores retos a los que se enfrenta la sucesora más probable de la omnipresente batería de iones de litio o Li-ion. Las baterías de litio-azufre (Li-S) son más baratas, medioambientalmente mejores y ya son capaces de proporcionar hasta tres veces la densidad de energía de la mayoría de las celdas de Li-ion. Lo único que impide su comercialización inmediata es su inestabilidad, un problema que un grupo de investigadores de la Universidad China de Geociencias encabezado por Qiyang Li ha solucionado funcionalizando los electrodos con ADN.
El problema es la pérdida efectiva e irreversible de azufre activo.
Las celdas de Li-S consisten habitualmente de un ánodo de litio metal y un cátodo de carbono-azufre separados por un electrolito líquido. El ánodo de litio se disuelve proporcionando iones durante la descarga, que reaccionan con el azufre para formar polisulfuros de litio (Li2Sx) en el cátodo; la reacción inversa ocurre durante la carga. El problema surge cuando alguno de los polisulfuros intermedios resulta ser soluble en el electrolito y su disolución provoca la pérdida efectiva e irreversible de azufre activo, lo que afecta de forma significativa al rendimiento de la celda.
Se han probado distintas soluciones para reducir el problema que plantea la disolución de los polisulfuros; la mayoría implica recubrir el cátodo para aislar el azufre del electrolito o hibridarlo con un tercer material que ayude a anclar los Li2Sx a la superficie del cátodo mediante una interacción electrostática con los iones de litio. El inconveniente de estas soluciones es que la sustitución de materiales activos por los que mejoran el anclaje resulta en un incremento de la resistencia interna de la celda o en una reducción significativa de su capacidad.
El grupo de Qiyang Li está especializado en materiales para baterías. En su búsqueda de un aditivo que fuese ligero (peso molecular por sitio activo bajo), dispersable en el cátodo de carbono-azufre y rico en grupos funcionales con atracción por el azufre, pensaron en el ADN.
El ADN es rico en grupos funcionales con atracción por el azufre.
Los cálculos previos a partir de modelos químicos teóricos verificaron que los grupos funcionales comunes a cada una de las cuatro nucleobases que componen el ADN presentaban atracción por el azufre, con los grupos fosfato siendo los principales puntos de adsorción. Los investigadores comprobaron entonces experimentalmente un incremento del 300% en la capacidad de retención después de 200 ciclos de descarga tras dispersar una pequeña cantidad (menos del 1%) de ADN (obtenido de esperma de salmón) en la superficie del cátodo de carbono-azufre.
Como hemos comentado en otras ocasiones, este estudio si, por algún motivo, no viera la comercialización aún sería muy interesante porque establece una nueva conexión entre los materiales tradicionales y los biológicos, campo abonado para los escritores de ciencia ficción y, por lo que se ve, para la tecnología del futuro.
Referencia: Qiyang Li, Chenggang Zhou, Zhuan Ji, Bo Han, Liang Feng & Jinping Wu (2015) Journal of Materials Chemistry A DOI: 10.1039/C4TA06083K
