Un prototipo di batteria al glucosio ispirato al metabolismo corporeo
"Utilizzando componenti non tossici... questo sistema offre un percorso promettente verso un accumulo di energia residenziale più sicuro ed economico"
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I ricercatori, pubblicati su ACS Energy Letters, hanno ideato una batteria alimentata dalla vitamina B2 (riboflavina) e dal glucosio. Ispirandosi al modo in cui il corpo umano scompone il glucosio per ricavarne energia tramite enzimi, il team ha incorporato la riboflavina in un prototipo di batteria a celle di flusso. Il mediatore della riboflavina ha aiutato a trasportare gli elettroni tra gli elettrodi della batteria e l'elettrolita glucosio, generando un flusso elettrochimico dall'energia immagazzinata nello zucchero.
"Le celle a flusso di riboflavina e glucosio possono generare elettricità da fonti energetiche di origine naturale", afferma Jong-Hwa Shon, autore principale dello studio. "Utilizzando componenti non tossici, poco costosi e naturalmente abbondanti, questo sistema offre un percorso promettente verso un immagazzinamento di energia residenziale più sicuro ed economico".
Una batteria a celle di flusso immagazzina energia elettrochimica in due elettroliti che scorrono nel sistema. Quando si verificano reazioni nell'elettrolita e sugli elettrodi, l'energia chimica immagazzinata si converte in energia elettrica e viceversa. Poiché la maggior parte delle piante contiene glucosio, questo zucchero ha il potenziale per essere un elettrolita abbondante e a basso costo come fonte di energia in una batteria a celle di flusso.
Gli attuali prototipi di celle a combustibile a glucosio richiedono catalizzatori di metalli nobili per scomporre le molecole di zucchero e generare energia, ma questi modelli producono poca energia e sono difficili da scalare per l'uso industriale. La riboflavina si è dimostrata promettente in altri tipi di batterie a flusso come alternativa ai catalizzatori metallici, perché la vitamina è stabile al pH basico necessario agli elettroliti delle celle a flusso di glucosio. Shon, Ruozhu Feng, Wei Wang e colleghi hanno quindi voluto progettare una cella a combustibile a glucosio con la riboflavina come catalizzatore.
Per la batteria, il team ha utilizzato un materiale di carbonio per formare gli elettrodi positivi e negativi. L'elettrolita che scorreva intorno all'elettrodo negativo conteneva una forma attiva di riboflavina e glucosio, mentre all'elettrodo positivo l'elettrolita comprendeva ferricianuro di potassio o ossigeno (come si usa nelle celle a combustibile convenzionali) in una soluzione a pH basico. Sebbene la cella con ferricianuro di potassio abbia permesso al team di misurare con precisione l'attività catalitica della riboflavina, la cella con ossigeno è un'opzione più economica per un uso pratico su larga scala.
In una dimostrazione con la cella a flusso contenente ferricianuro di potassio, il team ha osservato il movimento degli elettroni attraverso la cella e una densità di potenza a temperatura ambiente paragonabile a quella delle batterie a flusso esistenti che utilizzano il vanadio metallico. Al contrario, la cella a flusso contenente ossigeno ha avuto reazioni più lente agli elettrodi rispetto al progetto con ferricianuro di potassio. Secondo i ricercatori, ciò è probabilmente dovuto alla rottura della riboflavina da parte dell'ossigeno in presenza di luce, che autoscaricherebbe la batteria. Tuttavia, la versione all'ossigeno ha dimostrato una migliore densità di potenza rispetto ai rapporti precedenti. I ricercatori affermano di voler migliorare la densità di potenza della cella a flusso di glucosio contenente ossigeno impedendo le reazioni della luce con la riboflavina e perfezionando l'ingegnerizzazione della cella.
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