Wetenschappers hebben een batterij ontwikkeld die stroom haalt uit suiker en vitamine B2. De volledig metaalvrije ‘biobatterij’ presteert verrassend goed, en zou een duurzaam alternatief kunnen worden voor conventionele energieopslag.
In de zoektocht naar alternatieven voor lithium-ionbatterijen kijken onderzoekers steeds vaker naar de natuur voor inspiratie. Het resultaat: batterijen die niet draaien op zware metalen, maar op ingrediënten die we kennen uit ons dagelijks leven, zoals suiker en vitamine B2.
Volgens de studie, gepubliceerd in ACS Energy Letters, hebben onderzoekers een flowbatterij ontwikkeld die werkt met riboflavine (vitamine B2) en glucose. Het systeem bootst het menselijk metabolisme na: net zoals ons lichaam energie uit voedsel haalt, zet deze batterij suiker om in elektriciteit met behulp van enzymen en natuurlijke moleculen.
Vloeibare energie
Flowbatterijen onderscheiden zich van conventionele batterijen doordat ze energie opslaan in vloeibare elektrolyten. Deze elektrolyten circuleren tussen positieve en negatieve elektroden, waar chemische reacties energie opslaan of vrijgeven. Glucose is een ideale kandidaat: het is hernieuwbaar, stabiel en wereldwijd beschikbaar.
Tot nu toe vertrouwden glucosebatterijen meestal op dure metalen zoals platinum of goud om suiker af te breken en elektronen vrij te maken. Het nieuwe systeem vervangt deze metalen door riboflavine, dat stabiel blijft zelfs bij hoge pH-waarden die nodig zijn voor glucose-elektrolyten.
Inspiratie uit de natuur
In het prototype van Shon en zijn team fungeren koolstofelektroden als dragers. De negatieve elektrode bevat een elektrolyt van glucose en actieve riboflavine, terwijl de positieve elektrode potassium ferricyanide of zuurstof gebruikt. Riboflavine transporteert elektronen tussen elektroden en elektrolyt. Vergelijkbaar met hoe het in ons lichaam energie transporteert tijdens metabolisme.
Evenaart commerciële batterijen
De onderzoekers testten beide configuraties om het katalytische vermogen en de duurzaamheid van riboflavine te evalueren. De potassium ferricyanide-cel behaalde een vermogensdichtheid vergelijkbaar met commerciële vanadium-flowbatterijen, terwijl de zuurstofcel langzamer reageerde maar goedkoper en praktischer is voor opschaling.
Het gaat nog om een proof of concept, maar de resultaten laten zien dat zelfs met eenvoudige, biologische componenten prestaties mogelijk zijn die in de buurt komen van gevestigde systemen.
Vooruitzichten en uitdagingen
Een belangrijke uitdaging blijft dat zuurstof riboflavine kan afbreken bij blootstelling aan licht, wat leidt tot zelfontlading. Het team onderzoekt manieren om dit effect te minimaliseren door de interactie tussen vitamine en elektrolyt te verbeteren en de flowcellen te optimaliseren.
Toch vertegenwoordigt deze riboflavine–glucose technologie een veelbelovende stap richting duurzame, milieuvriendelijke energieopslag. Met volledig natuurlijke, biologisch afbreekbare en goedkope componenten zouden deze batterijen in de toekomst huizen en kleine apparaten kunnen voorzien van stroom, zonder afhankelijk te zijn van toxische metalen of complexe toeleveringsketens.
