Учени от Университета в Кордоба разработиха прототип на акумулаторна цинково-въздушна батерия, в която за първи път използват витамин B12 като катализатор, закрепен върху въглеродни нанотръбички. Откритието може да допринесе за създаване на по-евтини, безопасни и екологични батерии, които да предложат алтернатива на литиево-йонните технологии и да улеснят съхранението на енергия от възобновяеми източници.
Витамин B12 е от съществено значение за правилното функциониране на организма и се съдържа в храни от животински произход. Той се произвежда от определени бактерии, които, освен че се срещат в природата, се култивират и в промишлени условия за търговски цели – предимно за нуждите на хранително-вкусовата и фармацевтичната индустрия.
Витаминът е полезен при определени хранителни дефицити, а напоследък, заедно с други витамини от група B, придоби популярност и като средство срещу махмурлук, тъй като помага за намаляване на умората.
Към утвърдените приложения на B12 в медицината, хранителната индустрия и ветеринарната наука вече може да се добави още едно, доста необичайно: екип от Университета в Кордоба за първи път го използва като катализатор при създаването на акумулаторна батерия.
Прототипът е разработен от изследователи от групата по физикохимия (FQM-204) към Химическия институт за енергетика и околна среда (IQUEMA) на Университета в Кордоба. Става въпрос за цинково-въздушна батерия, в която е включен витамин B12 (известен още като кобаламин), закрепен върху едностенни въглеродни нанотръбички.
Тази конфигурация улеснява електрохимичната реакция, тъй като в ядрото на витамина се съдържа кобалт. За трети път екипът използва биомолекула като катализатор; преди това изследователите са работили върху батерии, създадени с помощта на хемоглобин и каталаза.
При избора на материал „разгледахме свойствата на вещества, срещащи се в природата, за да ги използваме в нови видове батерии“, обяснява Мануел Кано Луна – автор на изследването.
„Тъй като витамин B12 е силно водноразтворим, предизвикателството се състоеше в това да се намери начин той да бъде задържан вътре в батерия, която работи с водни електролити. Решението се състои в закрепването му към въглеродни нанотръби, което имитира „процеса, при който аминокиселините се свързват помежду си в протеините“, разказва ученият.
Разработката бележи поредната стъпка напред в търсенето на алтернативи на конвенционалните литиево-йонни батерии. Последните разчитат на суровини, чийто добив е свързан с икономически, социални и екологични предизвикателства.
В този контекст цинково-въздушните батерии представляват обещаваща алтернатива, благодарение на високата си енергийна плътност и използването на материали като цинк – който е широко достъпен и подлежи на рециклиране – както и самия кислород.
Освен това, тъй като не е необходимо целият реактивен материал да се съхранява вътре в батерията (кислородът се набавя от околната среда), тези батерии са по-леки. Следователно намират все по-широко приложение в малки устройства като например слуховите апарати. Използването на незапалими водни електролити ги прави и по-безопасни.
За да се улесни реакцията, преобразуваща химичната енергия в електрическа, е необходим ефективен катализатор. В случая с акумулаторните батерии този катализатор трябва да може да изпълнява функцията си и в двете посоки – както при зареждане, така и при разреждане.
Витамин B12 „отговаря на необходимите условия, за да бъде добър катализатор, тъй като по време на разреждане той катализира редукцията на кислорода до вода, а по време на зареждане подпомага отделянето на кислород“, обяснява изследователят Фернандес Ромеро.
Научният пробив е предпоставка за създаването на по-евтини и по-устойчиви системи за съхранение на енергия. Те биха могли да изиграят ключова роля в преодоляването на някои от предизвикателствата, свързани с енергийния преход – например чрез разработване на батерии, способни да съхраняват излишната енергия, генерирана от възобновяеми източници.
