Novinka v oblasti biotechnológií
Vedci sa čoraz častejšie obracajú na prírodu, aby z nej čerpali inšpiráciu pre nové technológie. Najnovší výskum ukazuje, že aj procesy, ktorými ľudské telo premieňa potravu na energiu, môžu slúžiť ako základ pre revolučný typ batérie, píše Interesting Engineering.
Tím výskumníkov pod vedením Jong-Hwu Shona vytvoril prototyp prietočnej batérie, ktorá ako hlavné zložky využíva vitamín B2, známy aj ako riboflavín, a glukózu. Tento systém napodobňuje biochemické reakcie metabolizmu. Bunky v ľudskom tele takto premieňajú cukor na využiteľnú energiu. Namiesto enzýmov však v batérii túto úlohu preberajú elektrochemické procesy.
Základom technológie je prietočná batéria, v ktorej sa energia ukladá nie do tuhých elektród, ale do kvapalných elektrolytov. Tie cirkulujú medzi kladnou a zápornou elektródou, pričom chemickými reakciami buď uvoľňujú, alebo ukladajú energiu. Tento princíp je známy už z vanádových batérií, no Shonov tím ho po prvýkrát aplikoval na biologicky odvodené látky.
Riboflavín v batérii plní rovnakú funkciu ako v ľudskom tele, sprostredkúva prenos elektrónov. V elektrolyte založenom na glukóze umožňuje plynulý tok náboja medzi elektródami, čím premieňa chemickú energiu cukru na elektrickú. Glukóza, ako prirodzený a obnoviteľný zdroj, sa pritom ukázala ako ideálny nosič energie: je stabilná, netoxická a bežne dostupná vo všetkých rastlinách.
Sú čoraz efektívnejšie
Doterajšie pokusy o batérie na báze glukózy však narážali na problém drahých katalyzátorov. Väčšina z nich využívala vzácne kovy ako platina či zlato, ktoré sú nielen finančne náročné, ale aj ťažko škálovateľné. Nový systém tento problém obchádza nahradením riboflavínu kovmi. Tie sú stabilným a lacným katalytickým prvkom, schopným pracovať aj v alkalickom prostredí.
Prototyp využíva uhlíkové elektródy a dva typy katolytov. V prvej konfigurácii pôsobí ako kladný elektrolyt hexakyanoželezitan draselný, známy z klasických redoxových batérií. Druhá verzia využíva kyslík ako akceptor elektrónov, čím sa znižujú náklady a zjednodušuje celá konštrukcia. Testy ukázali, že systém s ferri-cyanidom dosiahol výkon porovnateľný s komerčnými vanádovými prietočnými batériami. Kyslíková verzia reagovala síce pomalšie, no je praktickejšia pre rozsiahlejšie nasadenie.
Vedci zaznamenali aj jeden problém: riboflavín sa rozkladá pôsobením svetla, čo vedie k samovybíjaniu. Riešením má byť chemická úprava interakcie vitamínu s elektrolytom a zlepšenie konštrukcie batérie tak, aby bola citlivosť na svetlo minimalizovaná.
