Un grupo de científicos crea una batería impresa en 3D que funciona con bacterias
Las biobaterías utilizan materiales como enzimas, bacterias o componentes orgánicos para funcionar
Usamos baterías todos los días. Están presentes en nuestro smartphone, tableta, ordenador portátil, reloj inteligente, auriculares Bluetooth, consola de videojuegos y hasta coche eléctrico, así como en otra gran cantidad de dispositivos. Pero no sabemos muy bien cómo funcionan ni de qué están hechas. Aparte de las pilas alcalinas (Zinc-Manganeso), muy comunes para alimentar mandos a distancia, juguetes para niños y linternas, las de iones de litio son las más comunes actualmente, empleadas en los elementos anteriormente mencionados.
Sin embargo, existen muchos otros tipos de baterías. Las hay de níquel-cadmio, plomo-ácido, níquel-metal hidruro, polímero de litio y hasta biológicas. Son las conocidas como biobaterías, que utilizan materiales como enzimas, bacterias o componentes orgánicos para funcionar. A diferencia de las convencionales, como las de litio, aprovechan procesos bioquímicos naturales, como la respiración celular.
El profesor Seokheun "Sean" Choi, de la Universidad de Binghamton, lleva más de una década de su vida estudiando y desarrollando biobaterías alimentadas por bacterias. Tras una alianza con un compañero, también investigador, ha conseguido crear una biobatería de alto rendimiento que puede alimentar dispositivos electrónicos pequeños utilizando endosporas y acero inoxidable, sin requerir litio u otros productos químicos tóxicos.
El sistema es capaz de alimentar una pantalla LCD de 3,2 pulgadas
Choi, que llevaba mucho tiempo luchando con las limitaciones materiales, recurrió al profesor adjunto Dehao Liu, del Departamento de Ingeniería Mecánica, que es experto en fusión de lecho de polvo láser (LPBF); un método de impresión 3D que construye estructuras metálicas capa a capa con extrema precisión.
LPFB es ideal para biobaterías porque permite estructuras 3D personalizables de alta precisión con geometrías complejas, esenciales para maximizar el área de superficie y la densidad de energía
Los laboratorios de ambos investigadores colaboraron para imprimir en 3D piezas de batería personalizadas, incluido el ánodo, el cátodo y una cubierta de sellado, y las ensamblaron como bloques de LEGO. El ánodo es el "hogar" de las bacterias, y cuando mayor sea la superficie que ofrezca, más energía podrán generar los microbios.
Según Choi, "un ánodo bidimensional no es eficiente. Los nutrientes no llegarán eficazmente a las bacterias y sus desechos no podrán ser eliminados eficazmente". Al parecer, los métodos de fabricación estándar tienen dificultades para crear ánodos 3D eficaces. Sin embargo, el acero inoxidable, a diferencia de las opciones basadas en carbono o polímeros, tiene mejor conductividad y estructura, pero la malla comercial carece de la flexibilidad de diseño necesaria para una colonización bacteriana ideal. Entonces, entra en juego el LPBF.
Este método proporcionó al equipo control a escala nanométrica sobre la forma y la estructura, permitiéndoles diseñar el ánodo y otras partes para lograr la máxima eficiencia y un fácil ensamblaje. De este modo, se ha creado un sistema apilable donde seis pequeñas biobaterías generaban casi 1 milivatio, suficiente para alimentar una pantalla LCD de 3,2 pulgadas. El estudio se ha publicado en la revista Advanced Energy & Sustainability Research.
El equipo ya está pensando en el futuro, asegurando que quiere agilizar el proceso unificando la impresión de todos los componentes de la batería, además de querer desarrollar un sistema de gestión de energía capaz de regular la carga y la descarga, de forma similar a como funcionan las células solares.