باستخدام السكر وفيتامين B2.. بطارية مبتكرة تحاكي جسم الإنسان في إنتاج الطاقة!

يستعين الباحثون بعلم الأحياء لإعادة التفكير في طرق تخزين الطاقة، ساعين إلى تطوير بدائل آمنة وفعالة واقتصادية للبطاريات التقليدية القائمة على أيونات الليثيوم.

وفي دراسة حديثة، طوّر فريق بقيادة جونغ هوا شون بطارية خلوية تدفقية تعتمد على فيتامين B2 (الريبوفلافين) والغلوكوز (نوع من السكريات البسيطة)، مستوحاة من الطريقة التي يولد بها الجسم الطاقة من الطعام، حيث يعمل الريبوفلافين كوسيط لنقل الإلكترونات بين الأقطاب، بينما يوفر الغلوكوز مصدر الطاقة الطبيعي. ويوفر هذا التصميم نموذجا أوليا للبطارية يكون غير سام ومنخفض التكلفة ومستداما.

وصرح شون قائلا: "يمكن لخلايا تدفق الريبوفلافين والغلوكوز توليد الكهرباء من مصادر طبيعية. وباستخدام مكونات غير سامة ومتاحة طبيعيا، يوفر هذا النظام مسارا واعدا نحو تخزين الطاقة المنزلية بأمان وبأسعار معقولة".

طريقة عمل البطارية

تخزن بطاريات خلايا التدفق الطاقة في إلكتروليتات سائلة تدور بين الأقطاب الكهربائية. وعندما تنتقل الإلكتروليتات بين القطبين الموجب والسالب، تحدث تفاعلات كيميائية تطلق أو تخزن الطاقة.

واستخدم الباحثون الغلوكوز كمصدر للطاقة لكونه متجددا ومستقرا ويتوافر بكثرة، واستبدلوا المعادن المكلفة مثل البلاتين والذهب بالريبوفلافين، لأنه يمكنه أداء الوظيفة نفسها في البطارية بثبات حتى في الظروف القاسية للبطارية، ما يجعل النظام أرخص وأكثر أمانا وأسهل في التصنيع.

التصميم الأولي والتجارب

صمم الفريق نموذجا أوليا باستخدام أقطاب كربونية، حيث احتوى القطب السالب على الغلوكوز والريبوفلافين النشط، بينما استخدم القطب الموجب إما فيرو سيانيد البوتاسيوم أو الأكسجين. (فيرو سيانيد البوتاسيوم: مركب كيميائي يحتوي على الحديد والبوتاسيوم، ويُستخدم في بعض البطاريات لتسهيل انتقال الإلكترونات وإنتاج الكهرباء، وهو آمن نسبيا عند الاستخدام الطبيعي).

وأظهرت التجارب أن خلية فيرو سيانيد البوتاسيوم حققت كثافة طاقة مماثلة لبطاريات تدفق الفاناديوم التجارية عند درجة حرارة الغرفة، ما يشير إلى قدرة الريبوفلافين على المنافسة مع الأنظمة القائمة على المعادن. (تستخدم بطاريات تدفق الفاناديوم "محاليل سائلة تحتوي على معدن الفاناديوم لتخزين الطاقة"، يمكن إعادة شحنها مرات كثيرة، وهي آمنة ومستقرة، لكنها أكبر وأغلى من بطاريات الليثيوم التقليدية).

أما النسخة القائمة على الأكسجين، فكانت أبطأ في التفاعل لكنها قدمت مسارا أكثر فعالية من حيث التكلفة للإنتاج على نطاق واسع، رغم أن التعرض للضوء قد يؤدي إلى تحلل الريبوفلافين وحدوث تفريغ ذاتي.

المستقبل والتطبيقات

يخطط الباحثون لمعالجة حساسية الضوء عبر تعديل تفاعل الريبوفلافين مع الإلكتروليت وتحسين تصميم خلية التدفق.

وقد تمثل هذه التقنية خطوة مهمة نحو تخزين الطاقة المستدامة، إذ يمكن أن توفر بديلا صديقا للبيئة لتشغيل المنازل أو الأجهزة الصغيرة دون الاعتماد على المعادن السامة أو سلاسل التوريد المعقدة.

نشرت الدراسة في مجلة ACS Energy Letters.

المصدر: interesting engineering