Вітамін B12 – це вітамін, необхідний для нормального функціонування організму; він міститься у продуктах тваринного походження. Його виробляють певні бактерії, що зустрічаються у природі, а також культивуються у промислових масштабах для потреб харчової та фармацевтичної галузей. Вітамін B12 корисний при дефіциті поживних речовин, а останнім часом – поряд з іншими вітамінами групи B – став популярним як засіб від похмілля, оскільки допомагає зменшити втому. Тепер до традиційних сфер застосування цього вітаміну — в медицині, харчовій промисловості та ветеринарії — додалася ще одна, вельми незвичайна: дослідники з Університету Кордови вперше використовували його як каталізатор при створенні акумуляторної батареї, що перезаряджається.
Прототип було розроблено науковою групою з фізичної хімії (FQM-204) при Хімічному інституті енергетики та довкілля (IQUEMA) Університету Кордови. Це цинково-повітряний акумулятор, у якому вітамін B12 (кобаламін) закріплений на одностінних вуглецевих нанотрубках. Така структура полегшує перебіг електрохімічної реакції, оскільки у центрі молекули вітаміну знаходиться атом кобальту (III). Це вже третій випадок, коли дана група вчених використовує біомолекули як каталізатор: раніше вони працювали над створенням акумуляторів на основі гемоглобіну і каталази, що містять, відповідно, залізо (II) і залізо (III). Головне досягнення полягає в тому, що з використанням вітаміну B12 дослідникам вдалося створити акумулятор, що перезаряджається та витримує до 250 циклів заряду і розряду.
"При виборі матеріалу ми аналізували властивості природних сполук, щоб знайти їм застосування в нових типах акумуляторів", - пояснює Мануель Кано Луна, один з авторів дослідження. У роботі також брали участь дослідники Валентин Гарсія Кабальєро, Мігель Лопес Леон, Пабло Гомес Аргудо, Луїс Камачо Дельгадо, Хосе Мігель Родрігес Мельядо, Марія Тереса Мартін Ромеро, Хосе Абад Лопес та Антоніо Хесус Фернандес Ромеро. Оскільки вітамін B12 має високу розчинність, основним завданням було знайти спосіб утримати його всередині акумулятора, що працює на водних електролітах. Рішення полягало в тому, щоб закріпити речовину на вуглецевих нанотрубках, імітуючи процес, за допомогою якого амінокислоти з'єднуються один з одним в білках.
Легкість, безпека та екологічність
Дослідження, опубліковане в журналі Journal of Materials Chemistry A, стало ще одним кроком у пошуку альтернатив традиційним літій-іонним акумуляторам. Видобуток сировини для останніх пов'язаний із низкою економічних, соціальних та екологічних проблем. У цьому контексті перспективною альтернативою виступають цинково-повітряні акумулятори: вони мають високу щільність енергії, а в їхньому складі використовуються доступні та придатні для вторинного перероблення матеріали — цинк і кисень (який береться з навколишнього середовища). Оскільки такі акумулятори не вимагають зберігання всього об'єму реактивних речовин усередині корпусу, вони відрізняються меншою вагою, що сприяє їх широкому застосуванню в компактних пристроях, наприклад, у слухових апаратах. Крім того, використання негорючих водних електролітів робить їх безпечнішими.
Однак для протікання реакції, що перетворює хімічну енергію на електричну, необхідний ефективний каталізатор. У випадку з акумуляторами, що перезаряджаються, він повинен працювати в обох напрямках: як при зарядці, так і при розрядці. Дослідник Антоніо Хесус Фернандес Ромеро пояснив, що вітамін B12 "відмінно підходить на роль такого каталізатора: при розрядці він сприяє відновленню кисню до води, а при зарядці - стимулює виділення кисню".
Це досягнення відкриває шлях до створення дешевших та екологічно стійких систем зберігання енергії. Вони можуть відіграти ключову роль у вирішенні завдань, пов'язаних з енергетичним переходом — наприклад, дозволити створювати акумулятори, здатні накопичувати надлишки енергії, що виробляється відновлюваними джерелами.
