Ученые создали перезаряжаемую батарею при помощи обычного витамина из аптеки
Исследователи из Кордовского университета в Испании создали прототип новой перезаряжаемой батареи, впервые использовав в качестве катализатора витамин B12. Вещество, которое вырабатывается бактериями и традиционно используется в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности и даже в качестве средства от усталости и похмелья, теперь нашло применение в сфере энергетики. Результаты исследования, открывающего путь к созданию более экологичных накопителей энергии, были опубликованы в научном журнале Journal of Materials Chemistry A.
Ученые сконструировали воздушно-цинковый аккумулятор с использованием витамина B12, также известного как кобаламин. Это вещество выбрали потому, что в центре его молекулы содержится кобальт, способный эффективно запускать нужную электрохимическую реакцию. Однако на практике исследователи столкнулись с технической сложностью: кобаламин легко растворяется в воде, из-за чего его трудно удержать внутри батареи, в которой используется водный электролит. Проблему удалось решить, закрепив молекулы витамина на однослойных углеродных нанотрубках. Для этого сымитировали природный процесс, при котором аминокислоты связываются друг с другом в белках.
Для испанской научной группы это уже третий опыт применения природных биомолекул в качестве катализаторов. Ранее они создавали элементы питания на основе содержащих железо гемоглобина и каталазы, однако именно с витамином B12 ученым удалось совершить главный прорыв — сделать батарею перезаряжаемой. Такого результата удалось добиться благодаря способности выбранного вещества поддерживать реакцию сразу в обоих направлениях: при разряде витамин B12 запускает процесс восстановления кислорода до воды, а во время подзарядки способствует обратному выделению кислорода.
Это открытие является важным шагом в поиске альтернатив традиционным литий-ионным аккумуляторам, производство которых зависит от добычи сырья, вызывающей серьезные экономические, социальные и экологические проблемы. Воздушно-цинковые батареи считаются одной из самых перспективных замен благодаря высокой плотности энергии и использованию цинка — распространенного материала, поддающегося вторичной переработке.
Кроме того, конструкция аккумуляторов этого типа не требует размещения всех активных компонентов внутри корпуса, так как необходимый для реакции кислород поступает в них прямо из окружающей среды. Это делает подобные элементы питания значительно легче, а использование негорючих водных электролитов гарантирует безопасность. Исследователи уверены, что их разработка поможет создать более дешевые и экологичные системы хранения энергии.