Есть батарейка, которая не знает, что она батарейка. Или, по крайней мере, ведёт себя так, будто забыла правила. Никакого лития, никакой платины, никаких редкоземельных элементов с непроизносимыми названиями. Только рибофлавин и глюкоза. Витамин B2 и сахар, который вы обычно кладёте в кофе.
Прототип находится в лаборатории Университет Бингемтона и он работает, копируя человеческий метаболизм (Найдите исследование здесь): он переносит электроны так же, как это происходит в ваших клетках, только вместо того, чтобы удерживать вас, он генерирует электрический ток. Чон-Хва Шон, возглавляющий проект, создал его, заменив благородные металлы витамином. Как будто он решил, что человеческий организм, после трёх миллиардов лет эволюции, возможно, понял что-то лучше, чем производство батареек.
Как работает батарея, поедающая сахар
Le проточные батареи Они хранят энергию в жидких электролитах, циркулирующих между электродами. При движении электролитов происходят химические реакции, высвобождающие или накапливающие энергию. Глюкоза, присутствующая практически во всех растениях, стала привлекательным кандидатом для этих систем.: возобновляемый, стабильный, доступный. Проблема в том, что до сих пор для расщепления молекул сахара и высвобождения электронов требовались катализаторы на основе благородных металлов (платины, золота). Эти катализаторы дороги, их сложно масштабировать, и они имеют ограниченную выходную мощность.
Команда Шона заменила эти металлы на рибофлавин, который остается стабильным даже при высоких уровнях pH, необходимых для электролитов глюкозы. В прототипеЭлектроды изготовлены из углерода. Электролит вокруг отрицательного электрода содержит глюкозу и активный рибофлавин, а вокруг положительного — феррицианид калия или кислород. Они сравнили обе конфигурации, чтобы проверить каталитическую активность витамина и его долгосрочный потенциал.
Ячейка на основе феррицианида калия достигла плотности мощности при комнатной температуре, аналогичной коммерческие ванадиевые батареиКислородсодержащая версия реагирует медленнее, но предлагает более практичный и экономичный способ для крупномасштабного производства. Однако есть один нюанс: кислород может разрушать рибофлавин под воздействием света, вызывая саморазряд. Команда работает над решением этой проблемы, изменяя взаимодействие витамина с электролитом.
Почему рибофлавин превосходит благородные металлы
В организме человека рибофлавин помогает переносить энергию в процессе обмена веществ. В батарее он выполняет похожую работу: переносит электроны между электродами и электролитом на основе глюкозы, генерируя электрический ток из сахара..
Как объясняет Шон:
«Ячейки потока рибофлавина и глюкозы могут генерировать электроэнергию из природных источников. Используя нетоксичные компоненты, которые одновременно недороги и широко распространены в природе, эта система открывает многообещающий путь к более безопасное и удобное хранение энергии в жилых помещениях».
Плотность мощности, достигнутая с помощью феррицианида калия, демонстрирует, что рибофлавин может работать на том же уровне, что и системы на основе металлов. Версия на основе кислорода обеспечивала более высокую плотность мощности, чем предыдущие конструкции на основе глюкозы, несмотря на более медленную скорость реакции. Система использует биоразлагаемые, недорогие и легкодоступные материалы, не требуя сложных цепочек поставок или токсичных металлов..
Чего еще не хватает, чтобы вернуть ее домой?
Прототип работает. Но от работы в лаборатории до обеспечения электроэнергией дома ещё далеко. Основная проблема — чувствительность кислородной конфигурации к свету, что приводит к деградации рибофлавина и саморазряду. Команда работает над инженерными модификациями проточной ячейки и взаимодействием витамина и электролита для решения этой проблемы. Предыдущие исследования проточных батарей они показали, что аналогичные проблемы можно решить с помощью селективных мембран и оптимизированных конструкций потока.
При дальнейшем развитии система рибофлавин-глюкоза может стать важным шагом на пути к устойчивому хранению энергии. Благодаря натуральным, биоразлагаемым и доступным компонентам эти батареи в будущем могут стать экологически чистой альтернативой для питания домов или небольших устройств, не прибегая к использованию токсичных металлов и сложных цепочек поставок. Как и другие органические батареи, находящиеся в разработкесистема фокусируется на имеющихся в изобилии материалах, а не на редких ресурсах.
Батарея, имитирующая метаболизм, не решит глобальную проблему накопления энергии уже завтра. Но она в очередной раз демонстрирует, что альтернативы редким металлам существуют и работают. Рибофлавин выполняет ту же функцию, что и платина, стоит дешевле, меньше загрязняет окружающую среду и встречается повсеместно. Глюкоза возобновляема и стабильна. Система биоразлагаема. Еще предстоит увидеть, будет ли промышленность готова копировать биологию, а не устоявшиеся традиции промышленной химии..
Похоже, человеческий организм пока лучше нас понимает, как эффективно управлять энергией. Возможно, пришло время прислушаться.
