Учені винайшли акумулятор, який працює на вітамінах
Дослідники з Кордовського університету в Іспанії створили експериментальний цинк-повітряний акумулятор, у якому працює вітамін B12. Прототип пройшов до 250 циклів заряджання й розряджання.
Як працює цинк-повітряна батарея
Вчені з Хімічного інституту енергії та довкілля (IQUEMA) Кордовського університету з'ясували, що вітамін B12, потрібний людському організму, може допомагати живити акумулятор, пише SciTechDaily. Розробкою займалася дослідницька група фізичної хімії FQM-204.
Цинк-повітряна батарея виробляє електрику завдяки хімічним реакціям між цинком і киснем із навколишнього повітря. Звичайні акумулятори зберігають усі реактивні матеріали всередині, а ці беруть кисень із довкілля. Через це вони легші та мають високу щільність енергії, тобто можуть накопичувати багато енергії відносно своєї ваги. Такі батареї вже використовують у невеликих пристроях, наприклад, у слухових апаратах.
Цинк також вигідний тим, що його багато і його можна переробляти. До того ж у цих батареях застосовують негорючі електроліти на водній основі. Тому вони потенційно безпечніші за літій-іонні, видобування сировини для яких створює економічні, соціальні та екологічні проблеми.
Один каталізатор для заряджання й розряджання
Зробити цинк-повітряну батарею перезарядною складно. Потрібен каталізатор, тобто речовина, яка допомагає перебігу хімічних реакцій. Він має підтримувати і вироблення електрики, і зворотний процес для заряджання.
Вітамін B12, відомий також як кобаламін, виявився вдалим кандидатом. У його молекулі є кобальт (III), форма металу кобальту, яка допомагає рушити ці реакції. B12 природно виробляють деякі бактерії, а також випускають промислово для харчової та фармацевтичної галузей. Він міститься в продуктах тваринного походження, його застосовують проти нестачі поживних речовин, а разом з іншими вітамінами групи B він став популярним засобом від похмілля, бо може зменшувати втому.
Дослідник Антоніо Хесус Фернандес Ромеро пояснив, чому B12 підходить для цього:
Він довів, що відповідає необхідним умовам для роботи гарного каталізатора, адже під час розряду каталізує відновлення кисню до води, а під час заряджання сприяє виробленню кисню,
– прокоментував Антоніо Хесус Фернандес Ромеро.
Головна складність полягала в тому, щоб утримати вітамін усередині батареї. B12 легко розчиняється у воді, тому його не можна просто додати в акумулятор із водним електролітом. Вчені закріпили вітамін на одностінних вуглецевих нанотрубках, надзвичайно тонких вуглецевих структурах. Вони утримують його на місці та не заважають хімічним реакціям. За словами дослідників, їхній підхід копіював процес, у якому амінокислоти з'єднуються в білки.
Автор дослідження Мануель Кано Луна розповів про ідею проєкту:
Ми дивилися на властивості, які можна знайти в природних матеріалах, щоб використати їх у нових батареях,
– розповів Мануель Кано Луна.
Це вже третій прототип батареї цієї групи, де каталізатором слугує біологічна молекула. Раніше вчені пробували гемоглобін із залізом (II) і каталазу із залізом (III).
Головна новинка з вітаміном B12 у тому, що акумулятор можна перезаряджати. У тестах він витримав до 250 циклів.
Прототип поки експериментальний. Втім, результати свідчать, що природні молекули можуть допомогти створити дешевші й сталіші системи зберігання енергії. Після подальшої розробки перезарядні цинк-повітряні батареї могли б накопичувати надлишок електрики з відновлюваних джерел. Це один зі складних моментів переходу на чистішу енергетику.