Depositphotos; ACS Energy Letters
Американські дослідники з Бінгентомського університету створили акумулятор, який працює на вітаміні B2 (рибофлавін) та глюкозі.
У пошуках екологічних альтернатив літій-іонним акумуляторам розробники надихались тим, як людський організм розщеплює глюкозу для отримання енергії з ферментів. Команда додала рибофлавін у прототип акумулятора проточного типу. Рибофлавін допомагав у перенесенні електронів між електродами акумулятора та електролітом з глюкози, створюючи електрохімічний енергетичний потік.
“Клітини потоку рибофлавіну та глюкози можуть генерувати електроенергію з природних джерел. Ця система, що використовує нетоксичні, недорогі та широко поширені в природі компоненти, відкриває перспективний шлях до більш безпечного та доступного зберігання енергії в житлових будинках”, — пояснює провідний автор дослідження Чон-Хва Шон.
Схематичне зображення окислення глюкози на поверхні негативного електрода та порівняння з іншими типами окислення глюкози/ACS Energy Letters
Акумулятор накопичує енергію у двох електролітах, які протікають через систему. Накопичена хімічна енергія перетворюється на електричну та навпаки. При переміщенні електролітів між позитивним і негативним електродами відбуваються хімічні реакції, у яких енергія вивільняється чи накопичується. Оскільки більшість рослин містять глюкозу, цей цукор може стати доступним та недорогим електролітом як джерело енергії в проточній батареї.
Для сучасних прототипів паливних елементів на глюкозі необхідні каталізатори з платини або золота для розщеплення молекул цукру та вивільнення електронів. Це дорогі матеріали, складні для масштабування, вихідна потужність таких акумуляторів залишається обмеженою.
У новій конструкції розробники замінили метали на рибофлавін, стабільний навіть за високих рівнів pH, необхідних для електролітів з глюкози. Під час створення акумулятора використовувались вуглецеві електроди. Електроліт навколо негативного електрода містив глюкозу та активний рибофлавін. Електроліт навколо позитивного електрода включав або фериціанід калію, або кисень у розчині з лужним pH. Дослідники порівняли обидві конфігурації, щоб перевірити каталітичну активність вітаміну та його довгостроковий потенціал.
Прототип акумулятора на рибофлавіні та глюкозі/Nathan Johnson/ACS Energy Letters
Елемент на основі фериціаніду калію досяг щільності потужності за кімнатної температури, аналогічній показникам комерційних акумуляторів з проточною коміркою, які використовують ванадій. Проточна комірка з киснем демонструвала меншу швидкість реакцій. На думку дослідників, кисень розщеплює рибофлавін під дією світла, що призводить до саморозряду акумулятора.
Однак прототип з киснем пропонує більш практичний та економічно вигідніший шлях для масштабування виробництва, оскільки кисневий елемент забезпечував більшу щільність енергії, ніж попередні конструкції на основі глюкози. Дослідники планують розв’язати проблему світлочутливості, змінивши спосіб взаємодії вітаміну з електролітом і покращивши конструкцію самої проточної комірки.
Хочеш знати більше, ніж ChatGPT 5? Підписуйся на ITC.ua у TelegramПІДПИСАТИСЯ
Результати дослідження опубліковані у журналі ACS Energy Letters
Джерела: TechXplore; Interesting Engineering
