Un prototipo di batteria al glucosio ispirata al metabolismo del corpo

I ricercatori di ACS Energy Letters hanno ideato una batteria alimentata da vitamina B2 (riboflavina) e glucosio.

I ricercatori di ACS Energy Letters hanno ideato una batteria alimentata da vitamina B2 (riboflavina) e glucosio.

Ispirato dal modo in cui i corpi umani scompongono il glucosio per produrre energia utilizzando gli enzimi, il team ha incorporato la riboflavina in un prototipo di batteria a celle a flusso.

Il mediatore della riboflavina ha aiutato a trasportare gli elettroni tra gli elettrodi della batteria e l’elettrolita del glucosio, generando un flusso elettrochimico dall’energia immagazzinata nello zucchero.

“Le riboflavina e le celle a flusso di glucosio possono generare elettricità da fonti di energia di derivazione naturale”, afferma Jong-Hwa Shon, autore principale dello studio.

“Utilizzando componenti non tossici che sono sia economici che naturalmente abbondanti, questo sistema offre un percorso promettente verso uno stoccaggio di energia residenziale più sicuro e conveniente”.

Una batteria a celle a flusso immagazzina l’energia elettrochimica in due elettroliti che scorrono attraverso il sistema.

Quando le reazioni avvengono nell’elettrolita e negli elettrodi, l’energia chimica immagazzinata si converte in energia elettrica e viceversa.

E poiché la maggior parte delle piante contiene glucosio, questo zucchero ha il potenziale per essere un elettrolita abbondante e a basso costo come fonte di energia in una batteria a celle a flusso.

Gli attuali prototipi di celle a combustibile al glucosio richiedono catalizzatori di metalli nobili per scomporre le molecole di zucchero e generare energia, ma questi modelli producono poca energia e sono difficili da scalare per l’uso industriale.

La riboflavina si è dimostrata promettente in altri tipi di batterie a flusso come alternativa ai catalizzatori metallici perché la vitamina è stabile al pH basico necessario agli elettroliti nelle celle a flusso di glucosio.

Così, Shon, Ruozhu Feng, Wei Wang e colleghi volevano progettare una cella a combustibile al glucosio con riboflavina come catalizzatore.

Per la batteria, il team ha utilizzato un materiale di carbonio per formare gli elettrodi positivo e negativo.

L’elettrolita che scorreva attorno all’elettrodo negativo conteneva una forma attiva di riboflavina e glucosio e, all’elettrodo positivo, l’elettrolita includeva ferricianuro di potassio o ossigeno (come viene utilizzato nelle celle a combustibile convenzionali) in una soluzione a pH basico.

Sebbene la cella con ferricianuro di potassio abbia permesso al team di misurare con precisione l’attività catalitica della riboflavina, la cella con ossigeno è un’opzione più economica per un uso pratico su larga scala.

In una dimostrazione con la cella a flusso contenente ferricianuro di potassio, il team ha osservato che gli elettroni si muovono attraverso la cella e una densità di potenza a temperatura ambiente paragonabile a quella delle batterie a celle a flusso esistenti che utilizzano vanadio metallico.

Al contrario, la cella a flusso contenente ossigeno ha avuto reazioni più lente agli elettrodi rispetto al design del ferricianuro di potassio.

I ricercatori affermano che ciò è probabilmente dovuto alla scomposizione della riboflavina da parte dell’ossigeno in presenza di luce, che scaricherebbe automaticamente la batteria.

Tuttavia, la versione a ossigeno ha comunque dimostrato una migliore densità di potenza rispetto ai rapporti precedenti.

I ricercatori dicono che hanno in programma di migliorare la densità di potenza della cella di flusso di glucosio contenente ossigeno prevenendo le reazioni alla luce con la riboflavina e perfezionando l’ingegneria cellulare.

Immagine: Nathan Johnson, Adapted from ACS Energy Letters 2025, DOI: 10.1021/acsenergylett.5c02462

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