Сахарная батарея с высокой плотностью энергии

Источник: phys.org

Ежегодно в мире выбрасываются миллиарды использованных батареек. Они весьма токсичны и опасны для окружающей среды, поэтому требуются специальные мероприятия по их утилизации. Но теперь исследователи из Политехнического института Вирджинии (США) представили батареи, которые работают на сахаре. Они биологически безопасные, недорогие и могут использоваться неоднократно. Как отмечает руководитель научной группы профессор И. Х. Персиваль Чжан, различные сахара в природе являются идеальными соединениями для хранения энергии. Поэтому вполне логично попытаться использовать эту природную силу. Предыдущие разработки сахарных батарей обладали слишком низкой плотностью энергии, и не нашли коммерческого применения.

Новинка же по своим параметрам может поспорить с традиционными литий-ионными батареями. В качестве «топлива» в батарее используется мальтодекстрин, полисахарид, изготовленный при частичном гидролизе крахмала. В ранних моделях подобных батарей окисление сахаров было неполным, проводилось при помощи одного или нескольких иммобилизированных ферментов. Из-за этого батареи обладали низкой плотностью энергии, и реакции в них протекали медленно. Профессор Чжан и его коллеги разработали синтетический катаболический путь, позволяющий полностью извлечь потенциальные заряды из сахара (до 24 электронов на единицу глюкозы в мальтодекстрине).

Воздушно — реактивный ферментативный топливный элемент занимает всего 15% от объема мальтодекстрина и содержит 13 ферментов, не являющихся иммобилизированными. Он обеспечивает максимальную выходную мощность 0,8 мВт/см² и максимальную плотность тока 6 мА/см². Это намного выше, чем у предыдущих сахарных батарей. Плотность хранения энергии составляет 596 А·ч/кг, что на порядок выше, чем у литий-ионных батарей. Профессор Чжан надеется, что уже через три года сахарные батареи могут появиться в сотовых телефонах, планшетах, игровых приставках и других электронных устройствах. Они будут безопасными и многоразовыми — сахар можно будет добавлять в них так же, как чернила в картридж для принтера.