Химики разработали новый тип проточной батареи, вдохновлённый биологическими системами, для производства энергии из глюкозы (сахара) с помощью катализатора рибофлавина (витамина B2).
«Проточные элементы на основе рибофлавина и глюкозы могут генерировать электричество из природных источников энергии», — говорит ведущий автор исследования Джонг-Хва Шон из Национальной лаборатории Тихоокеанского северо-запада, США.
Глюкозу можно устойчиво и недорого получать из биомассы или химического производства, что, по словам авторов, делает её «привлекательным выбором в качестве активного материала для длительного хранения энергии».
«Используя нетоксичные, недорогие и природные компоненты, эта система предлагает перспективный путь к более безопасному и доступному хранению энергии в жилых помещениях», — отмечает Шон.
Как работают проточные батареи
Проточные батареи используют два жидких электролита: католит и анолит, которые протекают через положительный и отрицательный электроды (катод и анод) и подвергаются реакциям восстановления-окисления для генерации потока электричества.
Команда изготовила электроды из углерода. Анолит, протекающий вокруг анода, содержал глюкозу и активную форму рибофлавина, которая заменила дорогие благородные металлы, традиционно используемые в качестве катализатора.
В одной демонстрации католит представлял собой щелочной раствор феррицианида калия, который позволил команде точно измерить каталитическую активность рибофлавина. В другой демонстрации использовался газообразный кислород, который является более экономичным вариантом для крупномасштабного практического применения.
Топливный элемент глюкоза-O2 достиг пиковой плотности мощности 13 милливатт на см², что, по мнению исследователей, в 20 раз больше, чем ранее сообщённое значение для проточной батареи на глюкозе в аналогичных условиях.
Однако проточная батарея, содержащая кислород, имела более медленные реакции на электродах, чем конструкция с феррицианидом калия. Исследователи полагают, что это связано с разрушением рибофлавина кислородом в присутствии света. Они планируют улучшить плотность мощности элемента, предотвратив эти реакции и усовершенствовав его конструкцию.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters.