Учёные сделали экологичный аккумулятор на витамине B2

Прогресс в развитии аккумуляторов движется по разным направлениям, включая поиск биоразлагаемых и безопасных для природы и человека ингредиентов батарей. Новым и перспективным открытием на этом пути стала разработка проточной батареи на основе процессов, имитирующих выработку энергии в теле человека. Более безопасную технологию просто трудно представить — основными составляющими процесса являются витамин B2 и глюкоза.

Витамин и ложка сахара буквально могут стать основой для нового поколения экологически чистых аккумуляторов. Об открытии в журнале ACS Energy Letters сообщили исследователи Бингемтонского университета в США (Binghamton University, SUNY). Разработка не использует металлические катализаторы и опасные соединения для электродов и электролита. Окисление глюкозы высвобождает электроны, а переносчиком зарядов выступает рибофлавин — обычный витамин B2. Примерно такие процессы происходят в организме человека, когда глюкоза из пищи с помощью ферментов и молекул превращается в энергию для поддержания жизни, а рибофлавин является её фактическим переносчиком.

Проточные аккумуляторы отличаются от обычных тем, что в них энергия накапливается в жидком электролите, который циркулирует по системе. Когда электролит перемещается между положительным и отрицательным электродами, он вступает в химические реакции, в результате которых энергия высвобождается или накапливается. Сегодня наиболее распространены ванадиевые проточные батареи. Прототип проточной батареи на витамине и глюкозе при комнатной температуре показал себя не хуже коммерческой ванадиевой, что подчёркивает хорошие перспективы разработки.

Более того, в новой конструкции биоразлагаемого аккумулятора традиционные катализаторы из золота и платины заменены углеродными электродами. У отрицательного электрода глюкоза окислялась, теряя электроны, которые тут же подхватывал витамин B2, а у положительного электроны вступали в связь благодаря кислороду либо феррицианиду калия, создавая ток. При этом витамин рибофлавин оставался стабильным даже в сильно подщелоченной среде, необходимой для поддержания активности глюкозы.

Элемент на основе феррицианида калия показал такую же удельную мощность при комнатной температуре, как и коммерческие ванадиевые проточные батареи. Это доказывает, что рибофлавин может работать наравне с системами на основе металлов. Версия на основе кислорода реагировала медленнее, но была более практичной и экономичной для крупномасштабного производства. Небольшой проблемой стало разрушение рибофлавина на свету в присутствии кислорода, но это решаемо. Привлекательной остаётся более высокая удельная мощность батареи в присутствии кислорода.

После доработки аккумуляторная система на основе рибофлавина и глюкозы может стать важным шагом на пути к устойчивому хранению энергии. Благодаря натуральным, биоразлагаемым и недорогим компонентам такие аккумуляторы однажды могут стать экологичной альтернативой для питания домов или небольших устройств без использования токсичных металлов и зависимости от сложных цепочек поставок.