Создана первая в мире биобатарея, работающая на витаминах и сахаре
Исследователи разработали проточную батарею, работающую на витамине B2 (рибофлавине) и глюкозе, которая имитирует способ, которым человеческое тело превращает пищу в энергию. Система использует ферменты и природные молекулы, чтобы преобразовать сахар в электричество, демонстрируя потенциал нетоксичной и недорогой технологии хранения энергии. Исследование опубликовано в журнале ACS Energy Letters.
«Рибофлавин и проточные клетки глюкозы могут вырабатывать электричество из природных источников энергии. Используя недорогие компоненты, широко доступные в природе, эта система предлагает многообещающий путь к безопасному и доступному хранению энергии в жилых домах», — отметил ведущий автор исследования Чон-Хва Шон
Как работает биобатарея
Проточные батареи отличаются от привычных аккумуляторов тем, что энергия хранится в жидких электролитах, которые циркулируют между положительным и отрицательным электродами. При движении электролитов происходят химические реакции, которые высвобождают или накапливают электроны.
В новой конструкции рибофлавин выполняет роль электронного посредника, аналогично тому, как он помогает организму транспортировать энергию во время метаболизма. Он передает электроны между электродами и глюкозным электролитом, эффективно превращая сахар в электричество.
Глюкоза стала привлекательным выбором благодаря своей стабильности, возобновляемости и доступности почти во всех растениях.
Замена дорогих металлов витаминами
Ранее батареи на основе глюкозы использовали катализаторы из благородных металлов, таких как платина или золото, чтобы расщеплять сахар и высвобождать электроны. Эти материалы дорогие, а их производство сложно масштабировать.
Новая батарея заменяет металлы рибофлавином, который стабилен даже при высоких значениях pH, необходимых для электролитов глюкозы. Электроды выполнены из угля, а положительный электрод использует либо феррицианид калия, либо кислород.
«Использование феррицианида калия позволяет батарее выдавать энергию на уровне современных ванадиевых проточных систем, а вариант с кислородом делает производство более простым и дешевым для крупных масштабов», — говорит Шон
Использование кислорода оказалось практичным, но приводит к разрушению рибофлавина под воздействием света, вызывая саморазряд. Тем не менее, этот вариант показывает более высокую плотность мощности по сравнению с ранними системами на основе сахара.
Исследователи планируют улучшить устойчивость витамина к свету и оптимизировать конструкцию проточной ячейки, чтобы увеличить срок службы и эффективность батареи.
Система рибофлавин-глюкоза открывает путь к экологически чистым, безопасным и недорогим батареям. Благодаря натуральным и биоразлагаемым компонентам такие батареи могут в будущем питать дома и небольшие устройства, не полагаясь на токсичные металлы или сложные цепочки поставок.
«Эта бионическая батарея демонстрирует, как природа может вдохновлять технологии хранения энергии. Мы находимся на ранней стадии, но результаты показывают реальный потенциал для будущих решений в области устойчивой энергетики», — заключает Шон.
