Resumen gráfico. Crédito: Journal of Power Fources (2025). Doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.236145
Los investigadores de la Universidad Estatal de Washington han demostrado una forma de usar la proteína de maíz para mejorar el rendimiento de las baterías de litio-azufre, un hallazgo que es prometedor para ampliar el uso de baterías de alta energía y peso más ligero en vehículos eléctricos, almacenamiento de energía renovable y otras aplicaciones.
Las baterías de litio-azufre son más ligeras para la misma cantidad de energía y baterías de iones de litio más amigables con el medio ambiente, pero su adopción comercial ha estado limitada por obstáculos tecnológicos que acortan su vida útil.
La investigación del equipo de WSU, publicada en el Journal of Power Sources, mostró que una barrera protectora hecha de proteína de maíz, en combinación con un plástico comúnmente utilizado, mejoró significativamente el rendimiento de una batería de litio-azufre del tamaño de un botón. Los investigadores encontraron que la batería podría contener su carga durante más de 500 ciclos, una mejora significativa sobre las baterías sin la barrera de maíz protectora, conocida como separador.
“Este trabajo demostró un enfoque simple y eficiente para preparar un separador funcional para mejorar el rendimiento de la batería”, dijo Katie Zhong, profesora de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales y una autora correspondiente en el documento. “Los resultados son excelentes”.
Las baterías de litio-azufre se consideran una posible alternativa a las baterías de iones de litio para muchas aplicaciones. Teóricamente contienen mucha más energía, por lo que usarlos en automóviles o aviones requeriría baterías mucho más pequeñas y ligeras que las baterías actuales.
Además, la batería de litio-azufre utiliza azufre para su cátodo, que está abundantemente disponible, barato y no tóxico, lo que lo hace más amigable con el medio ambiente que las baterías actuales. El cátodo de una batería de iones de litio está hecho de óxidos de metal e incluye metales pesados tóxicos como cobalto o níquel.
Sin embargo, las baterías de litio-azufre sufren de dos problemas principales. Llamado el efecto de transporte, la porción de azufre de la batería tiende a filtrarse en la parte líquida de la batería y migrar al lado de litio, lo que hace que la batería deje de funcionar muy rápidamente. El lado de litio de la batería también a menudo cultiva picos de metal de litio, llamados dendritas, lo que puede causar un cortocircuito eléctrico.
En su trabajo de prueba de concepto, los investigadores utilizaron la proteína de maíz como cubierta para un separador en el medio de la batería para evitar ambos problemas.
“La proteína de maíz sería un buen material de batería porque es abundante, natural y sostenible”, dijo Jin Liu, profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Materiales y un autor correspondiente en el documento.
Los estudiantes graduados Ying Guo, Pedaballi Sireesha y Chenxu Wang dirigieron el trabajo.
Los bloques de construcción de la proteína son aminoácidos, que reaccionaron con los materiales de la batería para mejorar el movimiento de los iones de litio e inhibir el efecto de transporte. Debido a que la proteína se plega naturalmente en la parte superior de sí misma, los investigadores agregaron una pequeña cantidad de plástico flexible para aplanarla y mejorar su rendimiento.
“Lo primero que debemos pensar es en cómo abrir la proteína, para que podamos usar esas interacciones y manipular la proteína”, dijo Liu.
Los investigadores realizaron estudios numéricos y experimentos para demostrar el éxito de la batería. Están realizando más estudios sobre cómo funcionó el proceso, qué interacciones de aminoácidos podrían ser responsables y cómo la estructura de proteínas podría optimizarse.
“Una proteína es una estructura muy complicada”, dijo Zhong. “Necesitamos hacer más estudios de simulación para identificar qué aminoácidos en la estructura de proteínas pueden funcionar mejor para resolver el efecto crítico de transbordador y los problemas de dendrite”.
Los investigadores desean colaborar con socios de la industria para estudiar baterías experimentales más grandes y ampliar el proceso.
Más información: Ying Guo et al, un intercambio de polímero proteína-polar interpenetrado para suprimir el efecto de transporte en las baterías LI-S, Journal of Power Fources (2025). Doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.236145
Proporcionado por la Universidad Estatal de Washington
Cita: el maíz conduce a un mejor rendimiento en las baterías de litio-sulfur (2025, 15 de abril) recuperado el 15 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-corn-lithium-sulfur-batteries.html
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