(Phys.org) - Los taninos pueden ser más conocidos por su presencia en el vino tinto y el té, pero en un nuevo estudio, los investigadores han demostrado por primera vez que los taninos de la corteza de los árboles también pueden servir como materiales de cátodos de batería. Como la corteza de los árboles tiene aproximadamente un 15% de taninos en peso, los taninos son abundantes por naturaleza, que es un factor que los convierte en un material prometedor para el diseño sostenible, bajo costo, sin metal, Baterías de alto rendimiento.

Además de su amplia disponibilidad, Otra razón por la que los taninos parecen ser un material de batería tan prometedor es sus altos niveles de fenol:tienen el mayor contenido de fenol entre cualquier polímero producido por organismos vivos. Los altos niveles de fenol son importantes porque el mecanismo de almacenamiento de carga principal de la batería a base de taninos es una reacción química reversible en la que el fenol se convierte en quinona.

Los investigadores, dirigido por Hongli Zhu en Northeastern University en Boston, junto con la estudiante de doctorado Alolika Mukhopadhyay como autora principal y coautores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Golden, Colorado, han publicado un artículo sobre el cátodo de la batería de taninos en un número reciente de Nano letras .

"El mayor beneficio de usar un tanino de polímero renovable es que la naturaleza produce una gran cantidad de tanino, que se puede extraer de la corteza infrautilizada con un costo y esfuerzo mínimos, "Zhu dijo Phys.org . "Los grupos hidroxilo fenólicos con actividad redox de los taninos son más de 5000 veces superiores a los de la lignina, que anteriormente se consideraba el biopolímero más prometedor para el almacenamiento de energía electroquímica. Debido al significativo bajo peso molecular del tanino y al extremadamente alto contenido de hidroxilo fenólico, la red interpenetrante de taninos y polipirrol muestra un desempeño electroquímico sobresaliente. Creemos que el tanino es el nuevo campeón de los biopolímeros activos redox naturales ".

En experimentos, Los investigadores demostraron que un tipo de tanino llamado "elagitanino" extraído de la corteza de un castaño se puede utilizar para fabricar cátodos de batería para baterías que exhiben un excelente rendimiento general. incluyendo gran capacitancia y alta densidad de energía. El diseño consiste en elagitanino combinado con el polímero polipirrol para una alta conductividad, que se coloca sobre un sustrato de madera carbonizada.

El sustrato de madera también contribuye al buen rendimiento de la batería debido a los canales altamente alineados en su estructura celular. Estos canales, que la planta alguna vez usó para transportar agua y nutrientes, ahora se utilizan para transportar electrones e iones en la nueva batería.

Aunque fabricar baterías a partir de taninos representa un gran cambio respecto al uso de materiales metálicos convencionales como el litio, El compuesto de origen natural puede ofrecer soluciones a dos de los mayores desafíos a los que se enfrentan los futuros sistemas de almacenamiento de energía:la escasez de materiales metálicos y el alto costo de la síntesis de materiales. Como demuestran los investigadores en el nuevo estudio, Los taninos naturales se pueden purificar a bajo costo para su uso en baterías.

Investigaciones anteriores han indicado que otros materiales de origen vegetal también parecen prometedores como materiales alternativos para baterías. Un biopolímero que se ha estudiado ampliamente es la lignina, que se encuentra en las paredes celulares de las plantas y da a la madera y la corteza su estructura rígida. Aunque es muy abundante, la lignina tiene un peso molecular alto en comparación con su contenido de fenol relativamente bajo. Como el contenido de fenol determina en gran medida el rendimiento electroquímico, como la densidad de energía y la capacidad de almacenamiento, el bajo contenido de fenol de la lignina limita el rendimiento potencial de las baterías a base de lignina.

Una de las mayores ventajas de los taninos es que tienen un peso molecular más bajo que la lignina, mientras que su contenido de fenol es 5, 000 veces mayor. Estas diferencias ofrecen la posibilidad de fabricar baterías con densidades y capacidades de energía mucho más altas.

Como los investigadores apenas han comenzado a investigar el potencial de los taninos en las baterías, esperan que sea posible mejorar aún más el rendimiento de estas baterías en el futuro.

"La capacidad de almacenamiento de carga del tanino es alta, "Dijo Zhu." Sin embargo, la solubilidad acuosa intrínsecamente alta del tanino condujo a la pérdida de material eficaz, causando que la capacidad se desvanezca con el tiempo. Por lo tanto, estamos tratando de modificar químicamente el tanino para asegurar un desempeño estable y seguro en un ambiente hostil ".

© 2017 Phys.org