Investigadores españoles han desarrollado en el MIT un sistema para producir electrodos de baterías de vanadio, usadas en almacenamiento de energías renovables, a partir de la quitina, un polisacárido que se encuentra en el exoesqueleto de crustáceos e insectos. La ventaja de este componente es que, además de carbono, contiene nitrógeno, que se incorpora a la estructura del electrodo durante el proceso de transformación y mejora su rendimiento.
Un proyecto de investigadores españoles en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) propone usar la quitina presente en la cáscara de las gambas para producir baterias de flujo de vanadio. Los resultados del trabajo se han publicado recientemente en la revista ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Según explica a SINC el ingeniero químico Francisco Martín-Martínez, uno de los autores, “las baterías de flujo redox de vanadio, a diferencia de las de litio, utilizadas, por ejemplo, en automoción, no proporcionan una alta densidad energética, pero sí un gran volumen de almacenamiento a bajo coste, lo cual las hace idóneas para almacenar energía procedente de fuentes renovables, como la solar y la eólica, que son de producción intermitente”.
Martín-Martínez, experto en el desarrollo de materiales bioinspirados, señala que para que el flujo de electrones sea posible de un lado a otro en la batería, se suelen usar electrodos de carbono: “Nuestra propuesta consiste en producir estos electrodos a partir de la quitina, un material procedente de las cascaras de las gambas. La quitina es un polisacárido, no muy distinto de la celulosa, que se encuentra, por ejemplo, en el exoesqueleto de los crustáceos e insectos”.
La peculiaridad de la quitina –dice– “es que, además de carbono, tiene también nitrógeno, que se incorpora a la estructura del electrodo durante el proceso de transformación y mejora su rendimiento”. Este parámetro ha sido caracterizado con detalle por los autores en el trabajo.
En este sentido, el equipo ha demostrado los beneficios del nitrógeno en la estructura química del electrodo, ya que facilita la transferencia de electrones procedentes de los iones de vanadio. “Obviamente, existen electrodos de carbono que pueden dar un rendimiento mejor, pero la clave de este proyecto, es cómo producir estos electrodos a partir de desechos, en este caso la quitina de las cascaras de las gambas”, destaca Martín-Martínez.
Por tanto, “su beneficio no está solo en el buen rendimiento, sino en el bajo coste del material de partida y en la producción de unos electrodos más sostenibles, dada la reutilización de un residuo”, agrega.
En la actualidad, este tipo de electrodos se hacen principalmente de poliacrilonitrilo carbonizado, un polímero de síntesis, por lo que su producción a partir de un desecho como la quitina supone, en opinión de este investigador, “una alternativa más sostenible”.
El investigador comenta que “estos electrodos producidos a partir de desechos de gambas se podrían aplicar también en supercondensadores, unos dispositivos electroquímicos que proporcionan una muy alta densidad de energía, e incluso en procesos de desalinización, “aunque nosotros nos hemos centrado en las baterias de flujo redox de vanadio”, aclara.
De izquierda a derecha, Francisco Martin-Martinez, Antoni Forner-Cuenca, y Diego López Barreiro en un laboratorio de MIT donde hacían los experimentos con biomasa. / Foto cedida por los autores
El proyecto de obtener electrodos para baterías de gran almacenamiento a partir de la quitina de la cáscara de las gambas surgió como de la colaboración de tres investigadores españoles que trabajaban en el MIT y que ahora están repartidos en varias instituciones europeas.
Uno de ellos es Antoni Forner-Cuenca, que trabajaba en baterías de flujo redox de vanadio y ahora lidera su propio grupo de investigación en materiales porosos para electroquímica en la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Holanda).
Otro de los colegas es Diego López Barreiro, que estaba en el mismo departamento Francisco Martin-Martinez en el MIT desarrollando materiales a partir de desechos de biomasa. Ahora, disfruta de una beca Marie Curie en el Centro Biotecnológico de DSM (Holanda) donde investiga el uso de proteínas estructurales en materiales para biomedicina.
Por su parte, Martin-Martinez continúa siendo investigador afiliado en el MIT y dirige ahora su propio laboratorio, dedicado al diseño computacional de nanomateriales inspirados por la naturaleza en la Universidad de Swansea (Reino Unido).
Referencia:
F. Martín-Martínez, A. Forner-Cuenca, Diego López Barreiro.“Exploration of Biomass-Derived Activated Carbons for Use in Vanadium Redox Flow Batteries”. ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2020).
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