Las cáscaras de camarón para producir electrodos para grandes baterías de almacenamiento

Un proyecto de investigadores españoles, y otros colaboradores, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) sugiere el uso de la quitina de los caparazones de los camarones para producir electrodos para baterías de flujo de vanadio. Los resultados del trabajo se han publicado recientemente en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

«Proponemos producir estos electrodos para baterías de flujo de vanadio a partir de quitina, un material de las cáscaras de los camarones que, además de carbono, contiene nitrógeno», dice Francisco Martin-Martinez

El ingeniero químico Francisco Martín-Martínez, uno de los autores, ha explicado a SINC que «las baterías de flujo redox de vanadio, a diferencia de las baterías de litio utilizadas en la industria automovilística, no proporcionan una alta densidad energética, pero sí un gran volumen de almacenamiento de energía a bajo coste, lo que las hace ideales para almacenar energía de fuentes renovables como la solar y la eólica, cuya producción energética es intermitente».

Martín-Martínez, experto en el desarrollo de materiales bioinspirados, señala que para facilitar el flujo de electrones de un lado a otro de la batería, se suelen utilizar electrodos de carbono: «Hemos producido estos electrodos a partir de quitina, un material de cáscara de camarón. La quitina es un polisacárido, similar a la celulosa, que se encuentra en el exoesqueleto de los crustáceos e insectos».

Mejora del rendimiento

La peculiaridad de la quitina -dice- «es que, además de carbono, también contiene nitrógeno, que se incorpora a la estructura del electrodo durante el proceso de producción, mejorando su rendimiento». Este parámetro ha sido caracterizado en detalle por los autores en el documento.

De hecho, el equipo ha demostrado los beneficios del nitrógeno en la estructura química del electrodo, donde facilita la transferencia de electrones entre los iones de vanadio. «Obviamente, hay electrodos de carbono que pueden dar un mejor rendimiento, pero la clave de este proyecto es producir dichos electrodos a partir de un material de desecho, en este caso la quitina de los caparazones de los camarones», señala Martín-Martínez.

«Su beneficio no sólo radica en su buen rendimiento, sino también en el bajo coste del material de partida, lo que hace que los electrodos sean más sostenibles, dada la reutilización de los residuos», señala el investigador.

Por lo tanto, «su beneficio no sólo se basa en su buen rendimiento, sino también en el bajo costo del material de partida, lo que hace que los electrodos sean más sostenibles, dada la reutilización de los residuos», añade.

En la actualidad, los electrodos de este tipo se fabrican principalmente con poliacrilonitrilo carbonizado, un polímero sintético, por lo que su producción a partir de un residuo como la quitina es, en opinión de este investigador, «una alternativa más sostenible».

El investigador comenta que «estos electrodos de residuos de camarones también podrían aplicarse en supercapacitores, dispositivos electroquímicos que proporcionan una densidad energética muy alta, e incluso en procesos de desalinización, «aunque nos hemos centrado en baterías de flujo redox de vanadio», aclara.

De izquierda a derecha, Francisco Martin-Martinez, Antoni Forner-Cuenca, y Diego López Barreiro en un laboratorio del MIT donde hacían los experimentos con biomasa. / Foto cedida por los autores

Una idea de tres colegas españoles del MIT

El proyecto de obtención de electrodos para grandes baterías de almacenamiento a partir de quitina en cáscaras de camarón fue el resultado de una colaboración inicial entre tres investigadores españoles que trabajan en el MIT y que ahora trabajan por separado en diversas instituciones europeas.

Uno de ellos es Antoni Forner-Cuenca, que trabajó en baterías de flujo redox de vanadio y que ahora dirige su propio grupo de investigación sobre materiales porosos para electroquímica en la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos).

Otro de ellos es Diego López Barreiro, que estuvo en el mismo departamento que Francisco Martín-Martínez en el MIT, desarrollando materiales a partir de residuos de biomasa. Ahora, ha sido galardonado con una beca Marie Curie en el Centro de Biotecnología DSM (Países Bajos), donde investiga el uso de proteínas estructurales en materiales de biomedicina.

Martin-Martinez sigue siendo un investigador afiliado al MIT y ahora dirige su propio laboratorio, dedicado al diseño computacional de nanomateriales inspirados en la naturaleza en la Universidad de Swansea (Reino Unido).

Referencia:

F. Martín-Martínez, A. Forner-Cuenca, Diego López Barreiro. «Exploración de carbones activados derivados de la biomasa para su uso en baterías de flujo de vanadio redox». ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2020).

Fuente: SINC