Cukrové baterie jako budoucnost elektroniky?

| redakce

Pro lidské tělo a většinu ostatních živých organismů je zdrojem energie obyčejný cukr. Dva profesoři biologie z americké univerzity Virginia Tech se již delší dobu zabývají otázkou, zda by se v tomto ohledu lidské tělo nemohlo stát předobrazem pro elektronická zařízení. Nedávno zveřejnili nadějnou zprávu, podle které je cukr reálnou alternativou současných baterií.

Nejrozšířenějšími typy baterií používanými v přenosných zařízeních jsou v současnosti lithium-iontové a lithium-polymerové nabíjitelné akumulátory. Mezi hlavní přednosti těchto baterií patří zejména potlačení paměťového efektu a možnost vyrobit článek prakticky libovolného tvaru. Značně limitujícím faktorem je na druhou stranu skutečnost, že jsou zásoby lithia, bez kterého se jejich výroba neobejde, omezené, a také to, že těžba tohoto alkalického kovu stejně jako samotné baterie z něj vyrobené značně zatěžují životní prostředí.

Podle odhadů americké vědecko-výzkumné agentury United States Geological Survey z roku 2008 se světové zásoby lithia pohybují kolem 13 milionů tun, přičemž se největší ložiska nacházejí v Bolívii, Chile, Číně a Spojených státech amerických. Zásoby cukru naproti tomu mohou být a jsou prakticky neomezené.

Sladký zdroj zelené energie

Podle dvojice profesorů biologie z americké univerzity Virginia Tech se ale blýská na lepší časy. Percival Zhang a Zhiguang Zhu tvrdí, že se jim po několika letech výzkumu podařilo objevit způsob, jak vytvořit bateriové články, které pomocí chemické reakce vyrábějí zelenou energii podobně jako lidské tělo z obyčejného cukru. Elektrická energie v těchto "palivových článcích" vzniká spolupůsobením 15% roztoku polysacharidu maltodextrinu, který se nejčastěji získává z obilného škrobu, a třinácti různých enzymů.

Percival Zhang (vpravo) a Zhiguang Zhu s prototypem maltodextrinové baterie
Percival Zhang (vpravo) a Zhiguang Zhu s prototypem maltodextrinové baterie

"Podařilo se nám vytvořit mix enzymů, které se ve volné přírodě v žádné známé podobě nevyskytují pohromadě," vysvětluje vedoucí projektu na výrobu "cukrových baterií" Percival Zhang. Vědci se o vytvoření baterií na bázi cukru pokoušeli již dříve, nikdy však nebyli schopni vytvořenou energii uchovat na potřebně dlouhou dobu. "Chybou byla nesprávná koncentrace 'palivového' roztoku," pokračuje Zhang. "My jsme objevili optimální koncentraci," dodává.

Podle Zhanga je klíčem k úspěchu právě 15% roztok maltodextrinu, protože jedině ten dokáže zajistit, že z něj enzymy uvolňují po dlouhou dobu konstantní množství energie. Dřívější pokusy ztroskotaly na tom, že články na bázi cukru uvolnily velké množství energie v jediném okamžiku, čímž se de facto okamžitě vybily.

Vědci z Virginia Tech tvrdí, že prototyp cukrového článku, který vytvořili, obsahuje při velikosti klasické tužkové baterie tolik energie jako stejně velké ekvivalenty lithium-iontových a lithium-polymerových akumulátorů dohromady. Běžná elektronická zařízení by tedy takovýto článek dokázal při nezměněné velikosti akumulátoru napájet dvakrát déle než v současnosti používané baterie. Pro opětovné nabití "cukrových článků" by navíc podle Zhanga stačilo pouze vyměnění maltodextrinového roztoku, které by fungovalo na stejném principu jako repasování prázdné kazety do běžné tiskárny.

Koncentrace elektrické energie v různých typech baterií
Koncentrace elektrické energie v různých typech baterií

Nástupu nové generace zelených baterií ovšem stále brání technické detaily. Zhang vysvětluje, že ačkoli jsou enzymy obsažené v této baterii poměrně dobře dostupné, nepodařilo se stále vyřešit problém s jejich životností, která je časově velmi omezená. Proces chemické reakce, při níž dochází k výrobě elektrické energie, je navíc silně závislý na relativně stálé teplotě prostředí, ve kterém se baterie nachází. Již pokles teploty o několik stupňů totiž podle Zhanga způsobí, že se chemický proces jednoduše zastaví a baterie "zamrzne". I na tento problém ale existuje řešení; podle všeho by jím mohlo být "vyšlechtění" nových druhů enzymů, které by nebyly tolik citlivé na okolní teplotu.

Ačkoli tento úkol na vyřešení teprve čeká, Percival Zhang a Zhiguang Zhu neztrácejí optimismus a předpovídají, že bychom se prvních elektronických zařízení poháněných energií vyrobenou z maltodextrinového roztoku mohli dočkat v horizontu tří let.

Zdroj: Business Insider

reklama
reklama