نمونه اولیه باتری با ویتامین «ب۱۲» توانسته است تا ۲۵۰ چرخه شارژ و تخلیه را پشت سر بگذارد که نشان می‌دهد، مولکولی زیستی شناخته‌ شده می‌تواند نقشی جدید در پژوهش‌های مربوط به ذخیره‌سازی انرژی ایفا کند.

ویتامین «ب۱۲» (B۱۲) در این باتری نقش سوخت را ندارد، بلکه به‌عنوان کاتالیزور عمل می‌کند و به پیشرفت واکنش‌های مرتبط با اکسیژن کمک می‌کند. در این فناوری، روی و اکسیژن مواد اصلی واکنش‌دهنده هستند. این تفاوت نشان می‌دهد که نوآوری پژوهشگران دقیقا در چه زمینه‌ای است و به چه دستاوردی رسیده‌اند.

این پژوهش می‌تواند به گسترش دامنه مواد مورد استفاده در باتری‌های آینده کمک کند. استفاده از مولکول‌های طبیعی به‌عنوان کاتالیزور، یکی از راه‌های احتمالی برای توسعه جایگزین‌هایی برای طراحی‌های متداول باتری است، هرچند این نمونه اولیه هنوز اطلاعاتی درباره هزینه تجاری‌سازی، طول عمر یا عملکرد نهایی این فناوری ارائه نمی‌دهد.

پژوهشگران دانشگاه «کوردوبا» (Córdoba) اسپانیا پیش از این نیز مولکول‌های زیستی دیگری را در باتری‌ها بررسی کرده بودند، اما نسخه مبتنی بر ویتامین «ب۱۲» این ویژگی را دارد که امکان شارژ مجدد دستگاه را فراهم می‌کند.

باتری‌های روی ـ هوا، به‌جای ذخیره تمام مواد واکنش‌دهنده درون باتری، اکسیژن مورد نیاز خود را از هوای محیط دریافت می‌کنند. روی فلزی نسبتا فراوان و قابل بازیافت است و این نوع باتری‌ها می‌توانند چگالی انرژی بالایی داشته باشند، ویژگی‌هایی که آن‌ها را برای کاربردهای مختلف ذخیره‌سازی انرژی جذاب می‌کند.

یکی از چالش‌های اصلی این فناوری، الکترود هوا است، بخشی که در آن واکنش‌های مرتبط با اکسیژن باید با بازدهی مناسبی انجام شوند. در طراحی باتری‌های قابل شارژ، کاتالیزور باید هم هنگام تامین برق باتری و هم هنگام استفاده از جریان الکتریکی برای شارژ مجدد آن، از انجام این واکنش‌ها پشتیبانی کند.

ویتامین «ب۱۲» که با نام «کوبالامین» نیز شناخته می‌شود، در مرکز ساختار مولکولی خود یک اتم کبالت دارد. پژوهشگران از این ساختار مولکولی برای کمک به انجام واکنش‌های اکسیژن استفاده کردند و ویتامین را به لوله‌های کربنی بسیار ریزی متصل کردند که در ساخت الکترود نقش دارند.

این گروه پیش از روی آوردن به ویتامین «ب۱۲» حاوی کبالت برای طراحی باتری قابل شارژ، هموگلوبین و کاتالاز را نیز بررسی کرده بود، این دو مولکول زیستی حاوی آهن هستند.

ثابت نگه داشتن ویتامین «ب۱۲» در ساختار باتری اهمیت زیادی داشت زیرا این مولکول به‌راحتی در آب حل می‌شود. این باتری از الکترولیت پایه‌آبی استفاده می‌کند که ذرات باردار از طریق آن جابه‌جا می‌شوند. بنابراین، اگر ویتامین به‌صورت آزاد در محلول حل می‌شد، در جای مورد نیاز ثابت نمی‌ماند.

اتصال ویتامین به نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره این مشکل را برطرف کرد. هنگام تخلیه باتری، کاتالیزور به کاهش اکسیژن کمک، در حالی که هنگام شارژ، تولید اکسیژن را تسهیل می‌کرد. به این ترتیب، سامانه در چرخه‌های متوالی می‌توانست در هر دو جهت عمل کند.

الکترولیت‌های پایه‌آبی همچنین نیاز به حلال‌های قابل اشتعالی را که در بسیاری از طراحی‌های باتری به کار می‌روند، برطرف می‌کنند. این ویژگی از نظر انتخاب مواد مزیت محسوب می‌شود، اما ایمنی کلی و مناسب بودن باتری همچنان به ساختار کامل دستگاه، نحوه ساخت و عملکرد آن در شرایط واقعی بهره‌برداری بستگی دارد.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که مولکولی زیستی می‌تواند در ساخت الکترود هوای یک باتری قابل شارژ نقش داشته باشد، نه اینکه فقط در یک واکنش یک‌طرفه اولیه به کار گرفته شود. استفاده از این فناوری در کاربردهایی مانند ذخیره برق تولید شده از منابع تجدیدپذیر، ازجمله چشم‌اندازهای بلندمدت آن است. با این حال، پیش از ارزیابی این فناوری مبتنی بر ویتامین در مقایسه با باتری‌های تجاری موجود، باید پژوهش‌های بیشتری درباره ظرفیت، توان، دوام و فرایند تولید آن انجام شود.

نتایج این تحقیق در نشریه Journal of Materials Chemistry A منتشر شده است.

انتهای پیام