Американские исследователи из Бингентомского университета создали аккумулятор, работающий на витамине B2 (рибофлавин) и глюкозе.
В поисках экологических альтернатив литий-ионным аккумуляторам разработчики вдохновлялись тем, как человеческий организм расщепляет глюкозу для получения энергии из ферментов. Команда добавила рибофлавин в прототип аккумулятора проточного типа. Витамин помогал в переносе электронов между электродами аккумулятора и электролитом из глюкозы, создавая электрохимический энергетический поток.
«Клетки потока рибофлавина и глюкозы могут генерировать электроэнергию из природных источников. Эта система, использующая нетоксичные, недорогие и широко распространенные в природе компоненты, открывает перспективный путь к более безопасному и доступному хранению энергии в жилых домах», — объясняет ведущий автор исследования Чон-Хва Шон.
Аккумулятор накапливает энергию в двух электролитах, протекающих через систему. Накопленная химическая энергия превращается в электрическую и наоборот. При перемещении электролитов между положительным и отрицательным электродами происходят химические реакции, в которых энергия высвобождается или накапливается. Поскольку большинство растений содержат глюкозу, этот сахар может стать доступным и недорогим электролитом в качестве источника энергии в проточной батарее.
Для современных прототипов топливных элементов на глюкозе необходимы катализаторы из платины или золота для расщепления молекул сахара и высвобождения электронов. Это дорогие материалы, сложные для масштабирования, выходная мощность таких аккумуляторов остается ограниченной.
В новой конструкции разработчики заменили металлы на рибофлавин, стабильный даже при высоких уровнях pH, необходимых для электролитов из глюкозы. При создании аккумулятора использовались углеродные электроды. Электролит вокруг отрицательного электрода содержал глюкозу и активный рибофлавин. Электролит вокруг положительного электрода включал или ферицианид калия, или кислород в растворе с щелочным pH. Исследователи сравнили обе конфигурации, чтобы проверить каталитическую активность витамина и его долгосрочный потенциал.
Элемент на основе ферицианида калия достиг плотности мощности при комнатной температуре, аналогичной показателям коммерческих аккумуляторов с проточной ячейкой, использующие ванадий. Проточная ячейка с кислородом демонстрировала меньшую скорость реакций. По мнению исследователей, кислород расщепляет рибофлавин под действием света, что приводит к саморазряду аккумулятора.
Однако прототип с кислородом предлагает более практичный и экономически выгодный путь для масштабирования производства, поскольку кислородный элемент обеспечивал большую плотность энергии, чем предыдущие конструкции на основе глюкозы. Исследователи планируют решить проблему светочувствительности, изменив способ взаимодействия витамина с электролитом и улучшив конструкцию самой проточной ячейки.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters
Источники: TechXplore; Interesting Engineering