De nieuwe batterijen werken op vitamines

Aan de Universiteit van Toronto heeft een team chemici een compleet nieuw type batterij ontwikkeld dat op vitaminen kan werken. Met behulp van genetisch gemodificeerde schimmels produceerden de wetenschappers vitamine B2-draden, waaruit ze een batterij met hoge capaciteit ontwikkelden.

De eigenschappen van de nieuwe batterij kunnen worden vergeleken met de momenteel gebruikte lithiumionbatterijen met een spanning van 2,5 V. In plaats van het gebruikelijke lithium, dat in deze batterijen als kathode wordt gebruikt, gebruikten de wetenschappers echter flavine uit vitamine B2- draden.

Volgens wetenschappers was het moeilijk om moleculen te vinden die aan alle eisen voldeden en geschikt waren voor gebruik in consumentenelektronica, maar uiteindelijk lukte het ze wel. Het was niet toevallig dat wetenschappers geïnteresseerd waren in natuurlijke materialen, en een van de onderzoekers, Dwight Seferos, merkte op dat als je een aanvankelijk complex materiaal neemt, het veel minder tijd kost om een nieuw materiaal te produceren.

Aan Harvard voerden wetenschappers een soortgelijk experiment uit en voegden vitamine B2 toe aan de batterij, maar in Toronto verklaarden ze dat het model dat ze ontwikkelden het eerste in zijn soort is en gebruikmaakt van polymeermoleculen (lange ketens) in een van de elektroden. Hierdoor slaat zo'n batterij energie effectief op in plaats van in metalen, maar in plastic, dat minder giftig en gemakkelijker te verwerken is.

Na een lange studie van verschillende langketenpolymeren zijn chemici erin geslaagd een nieuw materiaal te creëren. Volgens Seferos is organische chemie te vergelijken met Lego: de onderdelen worden in een bepaalde volgorde in elkaar gezet. Soms past alles op papier in elkaar, maar in werkelijkheid passen de onderdelen niet. Hetzelfde proces is te zien in de chemie met moleculen. Langketenpolymeren zijn moleculen die vastzitten aan de hoofdketen van lange moleculen.

De onderzoekers zelf merkten op dat ze hun 'constructor' pas bij de vijfde poging in elkaar konden zetten, toen ze, na het combineren van langeketenmoleculen en twee flavine-eenheden, een nieuw kathodemateriaal verkregen dat aan alle eisen van de wetenschappers voldeed.

Vitamine B2 is nodig voor de energieopslag in het lichaam en kan bovendien reacties aangaan. Juist die eigenschap interesseerde wetenschappers, want dat maakt vitamine B2 uitermate geschikt voor gebruik in oplaadbare batterijen.

Seferos legde uit dat vitamine B2 tot twee elektronen tegelijk kan opnemen, een hoge doorvoersnelheid heeft in vergelijking met andere polymeren waarvan de eigenschappen zijn bestudeerd, en meerdere ladingen kan dragen. Wetenschappers proberen nu nieuwe varianten van het materiaal te vinden die meerdere keren kunnen worden opgeladen.

Het eerste prototype van de nieuwe batterij is momenteel zo groot als een batterij uit een conventioneel gehoorapparaat, maar experts hopen dat hun dunne, flexibele en energiezuinigere batterijen kunnen concurreren met traditionele metaalhoudende batterijen. De wetenschappers merkten ook op dat de op flavine gebaseerde techniek in de toekomst zal helpen bij de ontwikkeling van transparante versies van batterijen.