Tecnociencia

Pelos de vaca para crear baterías más sostenibles

Las baterías son necesarias para el despliegue a gran escala de los automóviles eléctricos y otros vehículos eléctricos. De esta manera, se busca transformar el sector del transporte, uno de los principales emisores de gases con efecto invernadero, que en este caso se originan tras la combustión de gasolina, gasóleo y gas natural. El objetivo es acelerar la transición energética y reducir el impacto del cambio climático global.

 

Las baterías actuales de iones de litio tienen un ánodo de grafito y un cátodo de cobalto y níquel. Estos últimos son elementos escasos, caros y contaminantes. Cuando se cargan, los iones de litio pasan al ánodo. Así se almacena la energía. Durante el uso de la batería (la descarga) los iones de litio se mueven en el sentido inverso.

Para lograr baterías más eficientes, se deben resolver varias limitaciones de este proceso, como la cantidad de ciclos de carga-descarga que la batería es capaz de soportar, la velocidad de carga y su densidad de energía. Todo ello sin comprometer su seguridad; esto es, evitar sobrecargas, sobrecalentamientos y cortocircuitos.

Utilizar el azufre como cátodo podría generar una mejora en estas cualidades. Además, es un elemento químico más abundante, menos contaminante y menos costoso. Es decir, que se obtendría una batería más sostenible. Pero este azufre necesita un “esqueleto” en donde adherirse para formar el cátodo. Aquí entra un componente sin duda llamativo, aunque ecológico y sostenible, que unos científicos han identificado como adecuado para este proyecto: pelo de vaca.

El equipo en cuestión lo integran científicos de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) en Argentina.

La fase definitiva del trabajo de investigación comenzó de un modo un tanto inusual y poco agradable. Victoria Bracamonte, junto con Guillermina Luque y Andrea Calderón recibieron una bolsa de pelos de vaca con “un olor a pis que espantaba”. Pero tanto ellas como el resto del grupo del Laboratorio de Energías sustentables (LAES) de la UNC sabían que podía ser una materia prima idónea para crear baterías de litio de próxima generación.

El resultado fue un éxito. Tal es así que se ha tramitado una patente en Estados Unidos.

 “Los siguientes pasos son escalar la producción y conectar las industrias de la curtiembre y de las baterías para generar un proceso circular. Esto es a largo plazo”, asegura Victoria Bracamonte, quien es química, investigadora del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en Argentina y profesora de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la UNC.

En tanto, Ezequiel Leiva, integrante del LAES e investigador del CONICET y de la UNC, agrega: “Se trata de baterías que podrían llegar a estar en el mercado dentro de 10 años. Son una tecnología muy distinta a la actual. El desarrollo y la prueba a escala industrial van a llevar tiempo. En todo caso, tampoco reemplazarán a las baterías actuales. Es probable que convivan”.

Una de las sustancias que se estudian para crear estos esqueletos son los biocarbones: carbonos obtenidos a partir de la “cocción” de residuos orgánicos. El biocarbón tiene estructuras micro y nanoporosas, lo que le da una mayor superficie de exposición. Esta cualidad puede mejorar la velocidad de carga, la densidad de energía y dar mayor estabilidad en los ciclos de carga.

El equipo del LAES utilizó el pelo de vaca para obtener biocarbón. Pero antes el curioso insumo tuvo que someterse a procesos más domésticos.

“El pelo de vaca lo obtuvimos de una conocida que trabaja en una curtiembre. El primer desafío fue lavar el pelo para sacarle la orina. En la bibliografía no había nada, así que decidí traerlo a casa y lavarlo en el lavarropas en una bolsita. Luego volví a lavarlo para sacar el remanente de jabón”, cuenta Bracamonte.

Los pelos limpios se “cocinaron” dos veces hasta alcanzar 500 grados y, luego, 900 grados. Después se le agregó el azufre.

Con este cátodo y un ánodo de litio puro se armó una pequeña batería como la de una pila de reloj. Logró un gran rendimiento electroquímico, muy prometedor para estos desarrollos con azufre. Ocurre que durante la carga de una batería de litio-azufre se producen reacciones químicas que generan sustancias (polisulfuros) que van mermando la capacidad.

No obstante, en las pruebas con biocarbón de pelo de vaca no se observaron estos problemas, al menos después de 100 ciclos de carga-descarga. “Tenemos que estudiar más en profundidad. Puede haber sustancias o algo en la estructura del biocarbón de pelo de vaca que esté evitando que se formen estas sustancias indeseadas”, comenta Leiva. “La estructura inicial del pelo puede tener un impacto sobre la morfología final del biocarbón y ser la responsable de esta mejora”, agrega Bracamonte.

Leiva, quien este año recibió el premio Konex como uno de los 100 científicos argentinos más destacados de la década pasada, asegura que este tipo de baterías brindarán más autonomía a los futuros vehículos eléctricos. “Una batería de litio actual de 200 kilos permite que un auto recorra entre 160 a 200 kilómetros. Son pocos kilómetros. Las baterías de litio-azufre permitirán autonomías de hasta 400 kilómetros”, explica.

Las curtiembres son una industria que produce gran cantidad de residuos sólidos y el pelo de vaca es el principal. De cada tonelada de piel de vaca húmeda se generan 85 kilos de pelo residual. En Argentina, este sector industrial tiene una envergadura bastante grande.

De la investigación también participaron Guillermina Luque, Andrea Calderón, Fernando Cometto, Sofia Raviolo y Melina Cozzarin. El estudio, a partir del que se tramitó una patente, ya fue aceptado para su publicación en la revista académica Chemistry Select y aparecerá en ella próximamente bajo el título “Sustainable Cow Hair Biocarbon-Sulfur Cathodes with Enhanced Electrochemical Performance”.

(Fuente: Lucas Viano / UNCiencia / UNC / Argentina Investiga)  Foto: UNCiencia / UNC)      / Noticias de la ciencia.com / Amazings.com