Es gibt eine Batterie, die nicht weiß, dass sie eine Batterie ist. Oder zumindest tut sie so, als hätte sie die Regeln vergessen. Kein Lithium, kein Platin, keine seltenen Erden mit unaussprechlichen Namen. Nur Riboflavin und Glukose. Vitamin B2 und der Zucker, den Sie in Ihren Kaffee geben würden.
Der Prototyp befindet sich in einem Labor der Binghamton University und es funktioniert, indem es den menschlichen Stoffwechsel nachahmt (Die Studie finden Sie hier): Es transportiert Elektronen wie in Ihren Zellen, nur dass es Sie nicht aufrecht hält, sondern einen elektrischen Strom erzeugt. Jong-Hwa Shon, der das Projekt leitet, hat es gebaut, indem er Edelmetalle durch ein Vitamin ersetzt hat. Es ist, als ob er entschieden hätte, dass der menschliche Körper nach drei Milliarden Jahren Evolution vielleicht etwas besser versteht als die Batterieindustrie.
So funktioniert die zuckerfressende Batterie
Le Flussbatterien Sie speichern Energie in flüssigen Elektrolyten, die zwischen den Elektroden zirkulieren. Wenn sich die Elektrolyte bewegen, finden chemische Reaktionen statt, die Energie freisetzen oder speichern. Glukose, die in praktisch allen Pflanzen vorkommt, ist zu einem attraktiven Kandidaten für diese Systeme geworden.: erneuerbar, stabil, reichlich vorhanden. Das Problem ist, dass bisher Edelmetallkatalysatoren (Platin, Gold) benötigt wurden, um Zuckermoleküle aufzuspalten und Elektronen freizusetzen. Diese Katalysatoren sind teuer, schwer skalierbar und haben eine begrenzte Leistungsabgabe.
Shons Team ersetzte diese Metalle durch die Riboflavin, das selbst bei den für Glukoseelektrolyte erforderlichen hohen pH-Werten stabil bleibt. Im PrototypDie Elektroden bestehen aus Kohlenstoff. Der Elektrolyt um die negative Elektrode enthält Glukose und aktives Riboflavin, während die positive Seite Kaliumferricyanid oder Sauerstoff verwendet. Sie verglichen beide Konfigurationen, um die katalytische Leistung und das Langzeitpotenzial des Vitamins zu testen.
Die Kaliumferricyanidzelle erreichte bei Raumtemperatur eine Leistungsdichte ähnlich der handelsübliche VanadiumbatterienDie sauerstoffhaltige Variante reagiert zwar langsamer, bietet aber einen praktischeren und kostengünstigeren Weg für die Großproduktion. Ein Nachteil: Sauerstoff kann Riboflavin unter Lichteinwirkung zersetzen und zur Selbstentladung führen. Das Team arbeitet daran, dieses Problem durch eine Veränderung der Wechselwirkung zwischen Vitamin und Elektrolyt zu lösen.
Warum Riboflavin Edelmetalle schlägt
Im menschlichen Körper hilft Riboflavin beim Energietransport während des Stoffwechsels. In der Batterie erfüllt es eine ähnliche Aufgabe: Es überträgt Elektronen zwischen den Elektroden und dem auf Glukose basierenden Elektrolyten und erzeugt so aus dem Zucker einen elektrischen Strom..
Wie Shon erklärt:
„Riboflavin- und Glukose-Flusszellen können Strom aus natürlichen Energiequellen erzeugen. Mit ungiftigen Komponenten, die sowohl kostengünstig als auch in der Natur reichlich vorhanden sind, bietet dieses System einen vielversprechenden Weg zur sicherere und bequemere Energiespeicherung für Privathaushalte".
Die mit Kaliumferricyanid erreichte Leistungsdichte zeigt, dass Riboflavin die gleiche Leistung wie metallbasierte Systeme erbringen kann. Die sauerstoffbasierte Version bot trotz der langsameren Reaktionsrate eine höhere Leistungsdichte als frühere glucosebasierte Designs. Das System verwendet biologisch abbaubare, kostengünstige und leicht verfügbare Materialien, ohne dass komplexe Lieferketten oder giftige Metalle erforderlich sind..
Was fehlt noch, um sie nach Hause zu bringen?
Der Prototyp funktioniert. Doch von der Arbeit im Labor bis zur Stromversorgung eines Hauses ist es noch ein weiter Weg. Das Hauptproblem ist die Lichtempfindlichkeit der Sauerstoffkonfiguration, die zum Abbau von Riboflavin und zur Selbstentladung führt. Das Team arbeitet an technischen Modifikationen der Durchflusszelle und der Wechselwirkung zwischen Vitamin und Elektrolyt, um dieses Problem zu lösen. Bisherige Studien zu Flussbatterien Sie zeigten, dass ähnliche Probleme mit selektiven Membranen und optimierten Strömungsdesigns angegangen werden können.
Bei weiterer Entwicklung könnte das Riboflavin-Glukose-System einen wichtigen Schritt in Richtung nachhaltiger Energiespeicherung darstellen. Mit natürlichen, biologisch abbaubaren und kostengünstigen Komponenten könnten diese Batterien eines Tages eine umweltfreundliche Alternative zur Stromversorgung von Haushalten oder kleinen Geräten bieten, ohne auf giftige Metalle oder komplexe Lieferketten angewiesen zu sein. Wie andere organische Batterien in der EntwicklungDas System konzentriert sich auf reichlich vorhandene Materialien und nicht auf seltene Ressourcen.
Die den Stoffwechsel nachahmende Batterie wird das globale Energiespeicherproblem nicht von heute auf morgen lösen. Aber sie zeigt einmal mehr, dass es Alternativen zu seltenen Metallen gibt und dass diese funktionieren. Riboflavin erfüllt die gleiche Funktion wie Platin, ist günstiger, verschmutzt weniger und ist überall zu finden. Glukose ist erneuerbar und stabil. Das System ist biologisch abbaubar. Es bleibt abzuwarten, ob die Industrie bereit sein wird, von der Biologie zu kopieren und nicht von den etablierten Traditionen der industriellen Chemie..
Bisher scheint der menschliche Körper besser als wir zu verstehen, wie man Energie effizient einsetzt. Vielleicht ist es an der Zeit, zuzuhören.
