Исследователи из Университета Бингемтона (США) разработали инновационную аккумуляторную систему, которая работает на основе глюкозы и витамина B2 (рибофлавина), беря за образец механизмы получения энергии в человеческом организме.
Об этом сообщает ProIT
Новая технология: вдохновение природными процессами
Стремясь найти экологически безопасную альтернативу традиционным литий-ионным батареям, ученые обратились к биохимическим процессам, свойственным организму человека. В основе их подхода – использование рибофлавина для переноса электронов между электродами и электролитом на основе глюкозы. Именно такая схема позволяет создать эффективный электрохимический поток энергии, генерируемый природными компонентами.
«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.
Аккумуляторная система основана на двух электролитах, которые циркулируют через ячейку батареи и обеспечивают сохранение и высвобождение энергии через химические реакции между положительным и отрицательным электродами. Поскольку глюкоза является распространенным сахаром в растениях, она может стать доступным электролитом для будущих энергоносителей такого типа.
Отказ от драгоценных металлов и особенности конструкции
Традиционные прототипы топливных элементов на основе глюкозы используют платину или золото в качестве катализаторов, что повышает их стоимость и ограничивает возможности масштабирования. Американские исследователи заменили эти металлы на рибофлавин, который остается стабильным даже при высоком pH, характерном для электролитов на основе глюкозы. Во время экспериментов использовались углеродные электроды, а электролит отрицательного электрода содержал глюкозу с активным рибофлавином. Для положительного электрода использовали либо феррицианид калия, либо кислород в щелочном растворе.
Результаты исследования показали, что аккумулятор с феррицианидом калия обеспечивает плотность мощности, сопоставимую с коммерческими проточными аккумуляторами на основе ванадия. В то же время ячейка с кислородом демонстрировала более низкую скорость реакций, что исследователи связывают с разложением рибофлавина под действием света, из-за чего происходит саморазряд батареи.
Несмотря на эти вызовы, прототип с кислородом оказался более перспективным для масштабирования благодаря более высокой энергоемкости по сравнению с предыдущими решениями на основе глюкозы. Ученые уже работают над устранением проблемы светочувствительности, в частности изменяя взаимодействие витамина с электролитом и совершенствуя конструкцию проточной ячейки.
Результаты этого исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters.