Raziskovalci so ustvarili pretočno baterijo, ki kot ključni sestavni deli uporablja vitamin B2 (riboflavin) in glukozo. Zasnova posnema človeški metabolizem, v katerem riboflavin prenaša elektron za proizvodnjo energije.
- Baterija z vitaminom B2 in glukozo.
- Navdihnjena s človeškim metabolizmom.
- Nestrupena, biorazgradljiva in poceni.
- Nadomešča drage kovine, kot je platina.
- Potencial za shranjevanje energije v gospodinjstvu.
- Izzivi: razgradnja zaradi svetlobe, tehnična optimizacija.
- Prototip že dosega enako zmogljivost kot komercialne baterije.
Prva baterija na svetu z vitaminom B2 in sladkorjem posnema, kako telo proizvaja energijo
Napredek na področju shranjevanja energije gre v nepričakovano smer: človeško telo. Raziskovalci z Univerze v Binghamtonu so uspeli zasnovati baterijo na osnovi riboflavina (vitamina B2) in glukoze, ki posnema biološki proces, s katerim naše celice pridobivajo energijo iz hrane.
V kontekstu, v katerem kritični materiali, kot sta litij in kobalt, predstavljajo resne okoljske, geopolitične in socialne probleme, ta bio-navdihnjena rešitev predstavlja inovativen izhod: izkoriščanje obsežnih, obnovljivih in nestrupenih organskih molekul kot izvedljive energetske alternative.
Kako deluje ta sistem, navdihnjen z življenjem
Delovanje te baterije temelji na preprostem, a močnem principu: metabolizmu. V našem telesu riboflavin prenaša elektroni med razgradnjo glukoze, kar omogoča sproščanje energije.
V laboratoriju vitamin opravlja podobno vlogo v tokovni celici, vrsti baterije, v kateri elektrolit teče med elektrodami in omogoča kemijske reakcije, ki proizvajajo elektriko.
Ta zasnova uporablja ogljikove elektrode in tekoči elektrolit z glukozo na negativni strani. Namesto kovin, kot je platina, se kot katalizator uporablja riboflavin. Na pozitivni strani so eksperimentirali s kalijevim ferocianidom in kisikom, da bi ocenili različne elektrokemijske lastnosti.
Alternativa brez težkih kovin
Do sedaj so mnoge zasnove organskih baterij potrebovale plemenite kovine za razgradnjo glukoze in sproščanje energije. Vendar so ti kovini dragi, redki in težko reciklirani. Inovacija je v tem, da se nadomestijo z vitaminom B2, ki je veliko bolj dostopen in stabilen tudi v pogojih visoke alkalnosti.
Riboflavin je pokazal dobro sposobnost prenosa elektronov, in čeprav se v prisotnosti kisika in svetlobe razgrajuje, raziskovalci že delajo na tehnikah za njegovo zaščito z enkapsulacijo ali kemično modifikacijo.
Ta korak odpravlja pomembno oviro za širjenje uporabe organskih baterij: odvisnost od dragih in netrajnostnih materialov. Poleg tega odpira vrata novim kombinacijam biokomponent, kot so encimi ali organske kisline, za nadaljnjo diverzifikacijo tehnologije.
Obljubljajoči rezultati in prihodnji izzivi
Rezultati niso ostali v laboratoriju. Model s ferocianidom je dosegel gostoto moči, primerljivo s komercialnimi vanadijevimi tokovnimi baterijami, ki so uveljavljen standard v tej panogi. Različica s kisikom je sicer počasnejša, vendar se je izkazala za enostavnejšo, cenejšo in prilagodljivejšo za množično uporabo.
Seveda pa je pred nami še veliko dela. Eden od glavnih izzivov je fotosenzitivnost riboflavina, ki zmanjšuje njegovo učinkovitost v svetlobnih pogojih. Da bi to rešili, ekipa predlaga spremembo strukture vitamina ali preoblikovanje celice za boljši nadzor nad izpostavljenostjo svetlobi.
Prav tako je treba izboljšati dolgoročno stabilnost in povečati gostoto energije, da bi lahko konkurirali baterijam, ki so že uveljavljene na trgu.
Dejanske posledice in konkretni primeri
Če se bo ta vrsta baterije razvila, bi se lahko uporabljala v sistemih za shranjevanje v gospodinjstvih, zlasti na podeželju ali v državah, kjer je dostop do kovin omejen. Zaradi biodegradabilnosti in nizkih stroškov je privlačna tudi za naprave za enkratno uporabo, medicinske senzorje ali celo prenosno tehnologijo z nizko porabo.
Na Japonskem, na primer, že potekajo raziskave bioloških baterij za napajanje pametnih kožnih obližev. V Evropi nekateri konzorciji, kot je BAT4EVER, raziskujejo možnosti za vključitev funkcionalnih biomolekul v reciklirane elektrode. Vse kaže, da bo prihodnost shranjevanja energije morda bolj organska, kot smo mislili.
Potencial
Ta tehnologija ima ključno prednost: prekinja odvisnost od rudarstva. Ker temelji na organskih molekulah, odpira možnost proizvodnje baterij z majhnim okoljskim odtisom, celo iz kmetijskih stranskih proizvodov ali živilskih odpadkov.
Njena uporaba v lokalnih energetskih mikromrežah, ki jih napaja sončna ali vetrna energija, bi omogočila shranjevanje presežkov brez uvoza kritičnih materialov. Poleg tega je zaradi svoje nestrupenosti po koncu življenjske dobe naprave postopek enostavnejši: ni nevarnih odpadkov, ni tveganja onesnaženja.
V kratkem času ne bo nadomestila litijevih baterij v električnih avtomobilih ali industrijskih elektrarnah. Lahko pa postane ključni del decentraliziranega energetskega ekosistema, v katerem ima vsaka hiša, šola ali skupnost dostop do varnega, čistega in cenovno dostopnega skladiščenja.
Pot je začrtana: energija, navdihnjena z življenjem, zasnovana za varovanje življenja. In to ni le trend, ampak nujna potreba.
