Ερευνητές δημιούργησαν επαναφορτιζόμενη μπαταρία που λειτουργεί με καύσιμο τη βιταμίνη Β12

Μια πειραματική μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα στην οποία χρησιμοποιείται η βιταμίνη Β12 ολοκλήρωσε έως και 250 κύκλους επαναφόρτισης.

Η αναζήτηση ασφαλέστερων και πιο βιώσιμων μπαταριών οδηγεί τους επιστήμονες σε ορισμένες απρόσμενες κατευθύνσεις μεταξύ των οποίων και στη χημεία των βιταμινών. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Κόρδοβα στην Ισπανία διαπίστωσαν ότι η βιταμίνη Β12, ένα θρεπτικό συστατικό απαραίτητο για την ανθρώπινη υγεία, μπορεί επίσης να συμβάλει στη λειτουργία μιας επαναφορτιζόμενης μπαταρίας. Ο πειραματικός σχεδιασμός ολοκλήρωσε έως και 250 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης, ανοίγοντας μια ακόμη προοπτική για τις μελλοντικές τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μπαταρία ψευδαργύρου-αέρα η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω χημικών αντιδράσεων που περιλαμβάνουν τον ψευδάργυρο και το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες, οι οποίες αποθηκεύουν όλα τα δραστικά υλικά στο εσωτερικό τους, οι μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα αντλούν οξυγόνο από το περιβάλλον. Αυτό τις καθιστά ελαφρύτερες και τους προσδίδει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, δηλαδή τη δυνατότητα να αποθηκεύουν σημαντική ποσότητα ενέργειας σε σχέση με το βάρος τους. Ήδη χρησιμοποιούνται σε μικρές συσκευές, όπως τα ακουστικά βαρηκοΐας.

Ο ψευδάργυρος προσφέρει επίσης σημαντικά πλεονεκτήματα, καθώς είναι άφθονος στη φύση και ανακυκλώσιμος. Οι συγκεκριμένες μπαταρίες χρησιμοποιούν μη εύφλεκτους ηλεκτρολύτες με βάση το νερό, γεγονός που τις καθιστά δυνητικά ασφαλέστερες από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου η εξόρυξη των πρώτων υλών των οποίων εγείρει οικονομικές, κοινωνικές και περιβαλλοντικές ανησυχίες.

Ένας καταλύτης για τη φόρτιση και την εκφόρτιση

Η δυνατότητα επαναφόρτισης των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα, ωστόσο, αποτελεί πρόκληση. Απαιτείται ένας καταλύτης δηλαδή μια ουσία που διευκολύνει την εξέλιξη των χημικών αντιδράσεων, ο οποίος να μπορεί να υποστηρίξει τόσο την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας όσο και την αντίστροφη διαδικασία που απαιτείται για την επαναφόρτιση της μπαταρίας.

Η βιταμίνη Β12 γνωστή και ως κοβαλαμίνη αποτέλεσε μια πιθανή λύση καθώς η μοριακή της δομή περιέχει κοβάλτιο (III) μια μορφή του μετάλλου κοβαλτίου που συμβάλλει στην πραγματοποίηση αυτών των αντιδράσεων. Αν και είναι περισσότερο γνωστή για τον ρόλο της στη διατροφή η Β12 παράγεται φυσικά από ορισμένα βακτήρια και παρασκευάζεται εμπορικά για εφαρμογές στη βιομηχανία τροφίμων και στη φαρμακευτική. Βρίσκεται σε τρόφιμα ζωικής προέλευσης και χρησιμοποιείται για την αντιμετώπιση διατροφικών ελλείψεων. Παράλληλα έχει γίνει δημοφιλής μαζί με άλλες βιταμίνες του συμπλέγματος Β, ως μέσο αντιμετώπισης του hangover, καθώς μπορεί να συμβάλει στη μείωση της κόπωσης.

Ο ερευνητής Αντόνιο Φερνάντεζ Ρομέρο εξήγησε ότι η βιταμίνη Β12 «έχει αποδειχθεί ότι πληροί τις απαραίτητες προϋποθέσεις για να λειτουργήσει ως καλός καταλύτης, καθώς κατά την εκφόρτιση καταλύει την αναγωγή του οξυγόνου σε νερό, ενώ κατά την επαναφόρτιση προωθεί την παραγωγή οξυγόνου».

Οι νανοσωλήνες άνθρακα

Η δυσκολία ήταν να διατηρηθεί η βιταμίνη στο εσωτερικό της μπαταρίας. Επειδή η Β12 διαλύεται εύκολα στο νερό, δεν μπορούσε απλώς να προστεθεί σε μια μπαταρία που χρησιμοποιεί ηλεκτρολύτη με βάση το νερό. Οι ερευνητές έλυσαν το πρόβλημα συνδέοντας τη βιταμίνη με μονοτοιχωματικούς νανοσωλήνες άνθρακα, εξαιρετικά λεπτές δομές άνθρακα που την συγκρατούν στη θέση της, επιτρέποντάς της παράλληλα να υποστηρίζει τις χημικές αντιδράσεις. Η προσέγγισή τους μιμήθηκε «τη διαδικασία μέσω της οποίας τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν πρωτεΐνες».

Το πρωτότυπο κατασκευάστηκε από την ερευνητική ομάδα Φυσικής Χημείας (FQM-204) του Ινστιτούτου Χημείας για την Ενέργεια και το Περιβάλλον (IQUEMA) του Πανεπιστημίου της Κόρδοβα. Όπως εξήγησε ο συγγραφέας της μελέτης, Manuel Cano Luna, «εξετάσαμε τις ιδιότητες που συναντάμε σε υλικά που υπάρχουν στη φύση, προκειμένου να τις αξιοποιήσουμε σε νέες μπαταρίες».

Η Β12 προσθέτει τη δυνατότητα επαναφόρτισης σε προηγούμενα σχέδια

Αυτό είναι το τρίτο πρωτότυπο μπαταρίας που αναπτύσσει η συγκεκριμένη ερευνητική ομάδα χρησιμοποιώντας ένα βιολογικό μόριο ως καταλύτη. Σε προηγούμενα πειράματα είχαν χρησιμοποιηθεί η αιμοσφαιρίνη, η οποία περιέχει σίδηρο (II), και η καταλάση, η οποία περιέχει σίδηρο (III). Η βασική καινοτομία της χρήσης της βιταμίνης Β12 είναι ότι η μπαταρία που προκύπτει μπορεί να επαναφορτιστεί, έχοντας ολοκληρώσει έως και 250 κύκλους στις δοκιμές των ερευνητών.

Αν και το πρωτότυπο βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο, τα ευρήματα δείχνουν ότι μόρια που απαντώνται φυσικά θα μπορούσαν να συμβάλουν στην ανάπτυξη φθηνότερων και πιο βιώσιμων συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας. Με περαιτέρω εξέλιξη, οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα θα μπορούσαν στο μέλλον να συμβάλουν στην αποθήκευση της πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, αντιμετωπίζοντας μία από τις βασικές προκλήσεις της μετάβασης σε καθαρότερες μορφές ενέργειας.

Naftemporiki.gr