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

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.

إقرأ المزيد

اكتشاف ثوري يفكّ شيفرة الشحن السريع للبطاريات

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

إقرأ المزيد

العلماء الروس يكشفون سرّ بكتيريا بدائية غيّرت وجه الأرض قبل ملياري عام

فك باحثون روس البنية المعقدة لبكتيريا زرقاء عملاقة تعود إلى أكثر من ملياري عام، تتكون من أكثر من 500 بروتين، ما يتيح فهما أعمق لتطور الحياة المبكرة على كوكب الأرض.

دراسة روسية تكشف القوميات الأكثر عرضة لنقص فيتامين D

كشف علماء الوراثة أن القابلية للإصابة بنقص فيتامين D تختلف بشكل ملحوظ بين شعوب وقوميات روسيا، مشيرين إلى أن العوامل الوراثية تلعب دورا مهما في تحديد مستوياته في الجسم.

خطوة جديدة نحو النقل الصديق للبيئة.. تطوير أول محطة شحن روسية فائقة السرعة للسيارات الكهربائية

نجح العلماء الروس في تطوير محطة كهربائية فائقة القدرة وسريعة الشحن، مخصصة لشحن بطاريات السيارات الكهربائية في منطقة موسكو.

روسيا.. تطوير خوارزمية تزيد من سرعة شحن البطاريات الكهربائية للسيارات

طور علماء روس خوارزمية متقدمة لشحن بطاريات الليثيوم الأيونية تهدف إلى منع ارتفاع درجة حرارة البطاريات وزيادة عمرها الافتراضي.

روسيا تبدأ ثورة في مجال البطاريات

ابتكر علماء جامعة بطرسبورغ تقنية جديدة لإنتاج بطاريات خفيفة الوزن، لا تقل في خصائصها التقنية عن بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في الهواتف الذكية.

بطاريات الجاذبية.. ثورة في تخزين الطاقة المتجددة

يشهد العالم تحولا سريعا نحو الطاقة المتجددة، ما يفرض تحديات جديدة في كيفية تخزين الكهرباء الناتجة عن مصادر متقطعة مثل الشمس والرياح.