Baterías biohíbridas eficientes
Pila de combustible microbiana híbrida de carga rápida y electrolizador de CO2, basado en ácido fórmico
El ácido fórmico, que puede producirse electroquímicamente a partir del dióxido de carbono, es un prometedor vector energético. Un equipo de investigadores chinos ha desarrollado un sistema de batería híbrida de carga rápida que combina la generación electroquímica de ácido fórmico como portador de energía con una pila de combustible microbiana. Tal y como demuestra el equipo en la revista Angewandte Chemie, este novedoso sistema de batería biohíbrida de carga rápida puede utilizarse para controlar la toxicidad del agua potable, una de las muchas aplicaciones posibles en el futuro.
© Wiley-VCH
Las pilas de combustible microbianas utilizan bacterias para generar electricidad, aprovechando la capacidad de algunas especies bacterianas para convertir moléculas ricas en energía en energía eléctrica. En las baterías totalmente microbianas, las bacterias también producen las moléculas portadoras de energía durante el proceso de carga, que luego se utilizan para generar electricidad durante el proceso de descarga. Sin embargo, una de las desventajas de las baterías totalmente microbianas es que la carga sigue siendo bastante ineficiente y lenta.
Acoplando la generación electroquímica puramente inorgánica de una molécula biológica activa con una pila de combustible microbiana, el equipo de investigación de Yong Jiang, de la Universidad de Agricultura y Silvicultura de Fuzhou (China), y sus colegas, han desarrollado por primera vez un sistema de batería microbiana híbrida de dos etapas que supera muchos de los problemas de las baterías totalmente microbianas.
El equipo también pretendía producir una batería biohíbrida utilizando componentes sencillos y baratos para proporcionar energía sostenible. Descubrieron que el ácido fórmico es un portador de energía biológica sostenible, porque puede producirse biológica o electrocatalíticamente a partir de dióxido de carbono y luego está disponible para su consumo por las bacterias de la pila de combustible microbiana.
Utilizando componentes disponibles en el mercado, diseñaron una célula de electrólisis en la que catalizadores inorgánicos convierten el gas dióxido de carbono en ácido fórmico. Con este diseño, el equipo descubrió que el proceso de carga se realiza en pocos minutos. Una vez producido el ácido fórmico y extraído del electrolito, se introduce en un segundo dispositivo -la pila de combustible microbiana- donde las bacterias lo convierten lentamente en dióxido de carbono y electricidad en el bioánodo.
Este sistema de dos etapas produjo corriente suficiente para 25 horas de descarga, un valor muy útil en muchas aplicaciones. Como prueba de concepto, el equipo utilizó la corriente de descarga producida para monitorizar el agua en busca de toxinas y descubrió que la señal de corriente cambiaba cuando se añadían al agua toxinas ambientales como formaldehído y cobre. El equipo sugiere otras aplicaciones en el tratamiento sostenible de aguas residuales o la desalinización.
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