Las proteínas son buenas para desarrollar músculo, pero sus componentes básicos también podrían ser útiles para construir baterías orgánicas sostenibles que algún día podrían ser un sustituto viable de las baterías de iones de litio convencionales. sin sus preocupaciones por la seguridad y el medio ambiente. Mediante el uso de polipéptidos sintéticos, que forman proteínas, y otros polímeros, Los investigadores han dado los primeros pasos hacia la construcción de electrodos para tales fuentes de energía. El trabajo también podría proporcionar una nueva comprensión de los mecanismos de transferencia de electrones.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la Reunión y Exposición Nacional de Otoño de 2019 de la American Chemical Society (ACS).

"La tendencia en el campo de las baterías en este momento es observar cómo se transportan los electrones dentro de una red de polímeros, "dice Tan Nguyen, un doctorado estudiante que ayudó a desarrollar el proyecto. "La belleza de los polipéptidos es que podemos controlar la química de sus cadenas laterales en 3-D sin cambiar la geometría de la columna vertebral, o la parte principal de la estructura. Entonces podemos examinar sistemáticamente el efecto de cambiar diferentes aspectos de las cadenas laterales ".

Las baterías de iones de litio actuales pueden dañar el medio ambiente, y debido a que el costo de reciclarlos es más alto que fabricarlos desde cero, a menudo se acumulan en los vertederos. En este momento, no hay forma segura de deshacerse de ellos. Desarrollar un producto a base de proteínas u orgánico, la batería cambiaría esta situación.

"Los enlaces amida a lo largo de la estructura del péptido son bastante estables, por lo que la durabilidad está ahí, y luego podemos activar cuando se descomponen para reciclar, "dice Karen Wooley, Doctor., quien dirige el equipo de la Universidad de Texas A&M. Ella prevé que los polipéptidos eventualmente podrían usarse en aplicaciones como baterías de flujo para almacenar energía eléctrica. "La otra ventaja es que al usar esta arquitectura similar a una proteína, estamos construyendo los tipos de conformaciones que se encuentran en las proteínas en la naturaleza que ya transportan electrones de manera eficiente, ", Dice Wooley." También podemos optimizar esto para controlar el rendimiento de la batería ".

Los investigadores construyeron el sistema utilizando electrodos hechos de compuestos de negro de carbón, construir polipéptidos que contienen viológeno o 2, 2, 6, 6-tetrametilpiperidina 1-oxilo (TEMPO). Adjuntaron viológenos a la matriz utilizada para el ánodo, que es el electrodo negativo, y usó un polipéptido que contiene TEMPO para el cátodo, que es el electrodo positivo. Los viológenos y TEMPO son moléculas activas redox. "Lo que hemos medido hasta ahora para el rango, la ventana potencial entre los dos materiales, es de aproximadamente 1,5 voltios, adecuado para aplicaciones de bajo consumo energético, como biosensores, "Dice Nguyen.

Para uso potencial en una batería orgánica, Nguyen ha sintetizado varios polímeros que adoptan diferentes conformaciones, como una bobina aleatoria, una hélice alfa y una hoja beta, para investigar sus características electroquímicas. Con estos péptidos en la mano, Nguyen ahora colabora con Alexandra Danielle Easley, un doctorado estudiante en el laboratorio de Jodie Lutkenhaus, Doctor., también en Texas A&M University, para construir los prototipos de baterías. Parte de ese trabajo incluirá pruebas para comprender mejor cómo funcionan los polímeros cuando están organizados en un sustrato.

Si bien esta investigación en etapa inicial tiene mucho que hacer antes de que las baterías de base orgánica estén disponibles comercialmente, la flexibilidad y variedad de estructuras que las proteínas pueden proporcionar prometen un gran potencial para el almacenamiento de energía sostenible que es más seguro para el medio ambiente.