Bateria biodegradável comestível poderia substituir as baterias de iões de lítio
Os investigadores desenvolvem material para baterias a partir de substâncias encontradas no corpo
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E se a próxima pilha que comprar fosse feita com os mesmos tipos de ingredientes que encontramos no nosso corpo? É essa a ideia subjacente a um material de bateria inovador feito de componentes naturais e biodegradáveis. É tão natural que até poderia ser consumido como alimento.
Uma equipa de investigadores da Universidade A&M do Texas, incluindo a Professora Distinta de Química Dra. Karen Wooley e a Professora de Engenharia Química Dra. Jodie Lutkenhaus, desenvolveu uma bateria biodegradável utilizando polímeros naturais. As suas descobertas foram publicadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
O grupo de investigação de Wooley na Faculdade de Artes e Ciências passou os últimos 15 anos a orientar-se para produtos naturais para a construção de materiais plásticos sustentáveis e degradáveis. Lutkenhaus, reitor associado para a investigação na Faculdade de Engenharia, tem estado a utilizar materiais orgânicos para conceber uma bateria melhor. Sugeriu uma colaboração para combinar os polímeros de origem natural de Wooley com a sua experiência em baterias.
"Há muito tempo que estamos interessados em materiais de bateria mais seguros e flexíveis", disse Lutkenhaus. "Quando o laboratório do Dr. Wooley começou a desenvolver esses polímeros de origem natural, abriu a porta para algo totalmente novo - uma bateria que poderia ter um bom desempenho e também desaparecer com segurança quando não fosse mais necessária".
Uma bateria feita de vitamina B2 e aminoácidos
O novo material é feito a partir de dois ingredientes-chave encontrados na natureza: riboflavina, também conhecida como vitamina B2, e ácido L-glutâmico, um aminoácido que ajuda a construir proteínas no corpo.
"Estes componentes foram identificados por um talentoso doutorando recente, o Dr. Shih-Guo Li, que iniciou a sua investigação de dissertação há cinco anos com a intenção de aumentar o conteúdo de blocos de construção bio-renováveis para a construção de baterias de polímeros orgânicos", afirmou Wooley. "Depois, desenvolveu métodos sintéticos para ligar os blocos de construção moleculares em estruturas semelhantes a cadeias, chamadas polipéptidos".
O que torna este material especial é o facto de ser redox-ativo, o que significa que pode ganhar e perder electrões. É assim que as baterias armazenam e libertam energia. Neste caso, a riboflavina trata da energia, enquanto o polipéptido fornece a estrutura e ajuda o material a decompor-se naturalmente.
Ao contrário das baterias de iões de lítio convencionais, que dependem de metais e produtos petroquímicos, este novo material é inteiramente derivado de fontes biológicas renováveis. Foi concebido para se degradar com segurança quando exposto à água ou a enzimas, o que o torna uma solução promissora para reduzir o desperdício de pilhas, especialmente nos casos em que as pilhas não são devidamente recicladas.
"Embora haja esforços significativos para reciclar as pilhas, nos casos em que as pilhas não são ativamente recolhidas e processadas para reciclagem, devem ser capazes de se decompor naturalmente e libertar produtos de degradação não tóxicos", afirmou Wooley.
Mais seguro para o ambiente e para as células vivas
Em testes de laboratório, o material mostrou ser adequado como ânodo, a parte de uma bateria que armazena electrões. É importante salientar que o material também demonstrou não ser tóxico para as células fibroblásticas, um tipo de célula que se encontra no tecido conjuntivo.
"Nesta altura, apenas confirmámos que os nossos materiais são citocompatíveis, o que significa que não são prejudiciais para as células", disse Wooley. "Este facto pode ser importante se os materiais forem utilizados em dispositivos implantáveis ou portáteis".
Lutkenhaus disse que os resultados de desempenho eram especialmente promissores, dadas as origens naturais do material.
"Ficámos entusiasmados ao ver que o comportamento eletroquímico estava ao nível dos materiais poliméricos sintéticos não sustentáveis", afirmou. "Isso mostra que não é necessário sacrificar o desempenho para obter sustentabilidade".
Rumo a um futuro circular para a conceção de baterias
Os investigadores afirmam que este tipo de conceção - começar com o fim em mente - é fundamental para construir um futuro mais sustentável. Em vez de criarem materiais que duram para sempre e se transformam em resíduos, estão a concebê-los para fazerem parte de uma economia circular, em que os materiais são reutilizados, reciclados ou devolvidos em segurança à natureza.
Gosto de considerar cada material sintético que o meu laboratório produz como sendo um ponto ao longo da sua viagem em direção à função e ao objetivo", disse Wooley, "com a capacidade de realizar transformações físicas e químicas que permitem a reutilização dos componentes moleculares em várias outras direcções".
"Neste caso mais extremo, as baterias poderiam tornar-se comestíveis para fornecer um tipo diferente de 'energia'."
Por enquanto, a equipa está concentrada em melhorar o desempenho do material e em encontrar formas de o tornar mais acessível. Atualmente, o processo químico utilizado para fabricar o material é demasiado caro para ser utilizado comercialmente.
"Precisamos de melhorar o desempenho e depois desenvolver processos que sejam rentáveis", disse Wooley. "Isso pode levar de 5 a 10 anos".
O entusiasmo da colaboração interdisciplinar
Uma das partes mais interessantes do projeto, dizem os investigadores, foi a colaboração entre as faculdades da Texas A&M.
"Como químico, o meu momento mais emocionante foi quando o laboratório do Professor Lutkenhaus demonstrou que os nossos materiais podiam ser fabricados em sistemas de baterias funcionais", disse Wooley. "Foi uma confirmação de que a estratégia é promissora para avançar".
Lutkenhaus acrescentou: "Ver os materiais reunidos numa bateria funcional foi um marco importante. Validou o conceito e deu-nos uma direção clara para o desenvolvimento futuro".
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Shih-Guo Li, Khirabdhi T. Mohanty, Alexandra D. Easley, Yohannes H. Rezenom, Soon-Mi Lim, Leyla P. Gillett, Stone D. Naquin, David K. Tran, Tan P. Nguyen, Jodie L. Lutkenhaus, Karen L. Wooley; "A bioinspired and degradable riboflavin-containing polypeptide as a sustainable material for energy storage"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-6-23
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