A B-vitamin ihlette az új bioakkumulátort

Origo.hu 2016. augusztus 3.

Új dimenziót nyithatnak a folyadékáramos akkumulátorok gyártásában az energiatárolásra képes szerves molekulák.

A Harvard Egyetem munkatársai a B2-vitamin működési elvét kutatva szerves molekulák olyan új osztályát fedezték fel, amely megbízhatóan képes elektromos áramot tárolni. Így közelebb jutottunk ahhoz, hogy a nap- és szélerőművekben keletkező energiát „bespájzoljuk” azokra az időszakokra, amikor ezek a zöldenergia-források nem állnak rendelkezésre.



A felfedezést megelőzően a kutatócsoport kifejlesztett egy olyan nagy teljesítményű folyadékáramos akkumulátort, amely szerves kinon- és ferrocianidmolekulákból áll. A kinonok a növényekben és állatokban a sejtek energiatárolásában játszanak szerepet, talán legismertebb közülük a Q10 koenzim, az ubikinonmolekula. A ferrocianid élelmiszeripari adalék, például a sószemcsék összetapadását gátolja meg.
 
A bioakkumulátor áttörést jelent az energiatárolásban, mivel olcsón előállítható, nagy teljesítményre képes, nem gyúlékony, nem mérgező és nem korrodálódik. A Harvard kutatói a Nature Energy folyóiratban tették közzé fejlesztésük eredményeit.
 
Az elektronok áramlása generálja az áramot
 
A napelemek és szélturbinák a tiszta energia kiváló forrásai napsütéses, szeles időben. Eddig nem volt megoldott, hogy miképpen tároljuk az általuk termelt energiát. Erre lehet alkalmas a redox folyadékáramos akkumulátor, amely nagyon leegyszerűsítve két tartályból és közöttük egy árammodulból áll. A tartály mérete szabja meg a tárolható energia kapacitását, az árammodul pedig az akkumulátor teljesítményét.
 
A tartályokat (jelen esetben szerves eredetű) elektrolitoldattal töltik fel, az egyik pozitív töltésű, a másik pedig negatív. Amikor forog a szélturbina, tölt az akkumulátor, azaz a beérkező energiával elektronokat nyer ki a pozitív töltésű tartályból (ezt a folyamatot hívjuk oxidációnak), és az árammodulon keresztül áthajtja őket a negatív töltésű oldatba (a redukció folyamata során). Kisütéskor fordított irányú az elektronok áramlása, amely az árammodulban elektromosságot generál.
 
Jóllehet a sokoldalúan felhasználható kinonmolekulák ígéretesnek tűntek erre a célra, a Harvard kutatói még jobb tulajdonságokkal bíró szerves molekulát kerestek, ami bonyolult feladat volt.
 
„Körülbelül egymillió különféle kinon kiértékelése után kifejlesztettünk egy újfajta, az akkumulátorokhoz használható elektrolitanyagot. Ezzel kitágult a lehetőségek köre – mondta Kaixang Lin, a Harvard PhD-hallgatója, a tanulmány vezető szerzője. – Egyszerűen szintetizálható, vagyis ipari mennyiségben is olcsón előállítható. Ez egyik fő célkitűzésünk volt.”
 
Az élőlények energiatárolása adta az ötletet
 
Az új elektrolitanyag ihletadója a B2-vitamin, másnéven riboflavin, amely lehetővé teszi, hogy szervezetünk tárolja a táplálékból nyert energiát. A B2-vitamin és a kinonok közötti legnagyobb különbség, hogy előbbi nitrogénatomok, és nem oxigénatomok révén végzi az elektronok közvetítését.
 
Az eredeti B2-molekulából néhány változtatással olyan új molekulacsoport jött létre, amely alkalmas az alkáli folyadékáramos akkumulátorokhoz – mondta Michael J. Aziz, a kutatócsoport tagja. – Rendkívül stabilak és oldékonyak, magas feszültség nyerhető belőlük, illetve a tárolókapacitásuk is nagy. És mivel a vitaminokat közismerten egyszerű előállítani, ez a molekula gazdaságosan gyártható.”
 
„Úgy terveztük meg az új molekulákat, hogy megfeleljenek az igényeinknek, de igazából a természet ihlette ezt a fajta energiatárolást”, mondta Roy Gordon, a kutatás társszerzője. A kutatócsoport nemcsak az új molekulákkal, hanem a kinonokkal is tovább kísérletezik, hogy nagy teljesítményű, hosszú élettartamú, sokszor újratölthető és olcsó folyadékáramos akkumulátort hozhassanak létre.
 
Szerző: Hiver’t-Klokner Zsuzsanna