Batterij op suiker

Onderzoekers hebben een batterij ontwikkeld die werkt op vitamine B2 (riboflavine) en glucose. Ongeveer zoals in ons lichaam.

Geïnspireerd door de manier waarop het menselijk lichaam glucose afbreekt voor energie met behulp van enzymen, verwerkte het team riboflavine in een prototype flowcell-batterij. De riboflavine-mediator hielp elektronen te transporteren tussen de elektroden van de batterij en de glucose-elektrolyt, waardoor een elektrochemische stroom ontstond uit de energie die in de suiker was opgeslagen.

De paper is gepubliceerd in ACS Energy Letters.

“Riboflavine- en glucose-stroomcellen kunnen elektriciteit opwekken uit natuurlijke energiebronnen”, aldus Jong-Hwa Shon, hoofdauteur van de studie. “Door gebruik te maken van niet-giftige componenten die zowel goedkoop als overvloedig aanwezig zijn, biedt dit systeem een ​​veelbelovende weg naar veiligere en betaalbare energieopslag voor thuisgebruik.”

Een flowcellbatterij slaat elektrochemische energie op in twee elektrolyten die door het systeem stromen. Wanneer er reacties plaatsvinden in de elektrolyt en bij de elektroden, wordt de opgeslagen chemische energie omgezet in elektrische energie, en vice versa. En omdat de meeste planten glucose bevatten, heeft deze suiker de potentie om een ​​overvloedige en goedkope elektrolyt te zijn als energiebron in een flowcellbatterij.

Huidige prototypes van glucosebrandstofcellen vereisen edelmetaalkatalysatoren om de suikermoleculen af ​​te breken en energie op te wekken, maar deze modellen produceren weinig energie en zijn moeilijk op te schalen voor industrieel gebruik. Riboflavine is veelbelovend gebleken in andere typen flowcellbatterijen als alternatief voor metaalkatalysatoren, omdat de vitamine stabiel is bij de basische pH die elektrolyten in glucoseflowcells nodig hebben. Daarom wilden Shon, Ruozhu Feng, Wei Wang en collega’s een glucosebrandstofcel ontwerpen met riboflavine als katalysator.

Voor de batterij gebruikte het team koolstofmateriaal om de positieve en negatieve elektroden te vormen. De elektrolyt die rond de negatieve elektrode stroomde, bevatte een actieve vorm van riboflavine en glucose, en aan de positieve elektrode bevatte de elektrolyt kaliumferricyanide of zuurstof (zoals gebruikt in conventionele brandstofcellen) in een oplossing met een basische pH. Hoewel de cel met kaliumferricyanide het team in staat stelde de katalytische activiteit van riboflavine nauwkeurig te meten, is de cel met zuurstof een kosteneffectievere optie voor grootschalig, praktisch gebruik.

In een demonstratie met de flowcel met kaliumferricyanide observeerde het team elektronen die door de cel bewogen en een vermogensdichtheid bij kamertemperatuur die vergelijkbaar was met die van bestaande flowcelbatterijen met vanadiummetaal. De flowcel met zuurstof daarentegen vertoonde langzamere reacties bij de elektroden dan het ontwerp met kaliumferricyanide. De onderzoekers zeggen dat dit waarschijnlijk te wijten is aan het feit dat zuurstof riboflavine afbreekt in de aanwezigheid van licht, waardoor de batterij zichzelf zou ontladen. De zuurstofversie vertoonde echter nog steeds een verbeterde vermogensdichtheid in vergelijking met eerdere rapporten. De onderzoekers willen de vermogensdichtheid van de glucosestroomcel met zuurstof verbeteren door lichtreacties met riboflavine te voorkomen en de celtechnologie te verfijnen.