Kan een batterij draaien op gewone suiker en vitamine B2? Volgens Amerikaanse onderzoekers wel. Hun nieuwe prototype gebruikt precies die alledaagse stoffen om elektriciteit op te wekken en doet dat op een manier die opvallend veel lijkt op hoe ons eigen lichaam energie haalt uit voedsel.
Vandaag de dag zijn de meeste batterijen afhankelijk van zeldzame metalen zoals lithium. Die zijn niet alleen duur, maar ook problematisch voor het milieu. Bovendien kunnen ze, hoe klein het risico ook is, in brand schieten. Een “suikerbatterij” bestaat daarentegen enkel uit onschadelijke en overvloedig beschikbare materialen. En dat maakt ze meteen een stuk aantrekkelijker om op een duurzame manier energie op te slaan.
Geïnspireerd door het lichaam
De onderzoekers ontwikkelden concreet een zogeheten flowbatterij. Dat is een type systeem waarin energie wordt opgeslagen in twee vloeistoffen die langs elektroden stromen. Wanneer de vloeistoffen elkaar ontmoeten, ontstaat er een chemische reactie die stroom levert. Door elektriciteit aan te voeren, kan dat proces ook worden omgekeerd: dan slaat de batterij juist energie op.
Als brandstof gebruikten de wetenschappers glucose. Dat is gewoon dezelfde suiker die door ons bloed stroomt en door bijna alle planten wordt aangemaakt. Vitamine B2, of riboflavine, speelt de rol van ‘koerier’ die geladen deeltjes tussen de elektroden en de suikeroplossing heen en weer transporteert. Heel dit gebeuren is vergelijkbaar met wat er in onze eigen cellen gebeurt: daar breken enzymen glucose stapsgewijs af om energie vrij te maken.
Van dure metalen naar betaalbare vitaminen
Pogingen om batterijen op suiker te laten werken zijn niet nieuw. Tot nu toe kampten ze echter met een reeks hardnekkige problemen. Ze hadden edelmetalen nodig om de suiker te verwerken, leverden weinig stroom en waren nauwelijks op te schalen tot praktische afmetingen. De toevoeging van vitamine B2 verandert dat.
De onderzoekers hebben twee varianten getest. In de eerste gebruikten ze kaliumferricyanide, een kaliumverbinding met ijzer. In de tweede versie werd gewoon zuurstof uit de buitenlucht gebruikt. Vooral de eerste versie leverde goede resultaten op. Bij kamertemperatuur bereikte de batterij een vergelijkbare energiedichtheid als bestaande vanadium-flowbatterijen. Dat zijn momenteel de meest gebruikte en commercieel beschikbare types flowbatterijen, maar ze zijn duur en niet milieuvriendelijk.
Nog niet klaar voor de markt
De versie op zuurstof presteerde voorlopig minder goed. Dat komt doordat vitamine B2 gevoelig is voor licht en daardoor langzaam afbreekt. Dat leidt ertoe dat de batterij sneller plat wordt. Toch doet ook deze variant het beter dan eerdere pogingen met glucosebatterijen. De onderzoekers willen nu vooral hierop voortbouwen, omdat de zuurstofversie het meest geschikt lijkt voor grootschalige toepassingen. Hun volgende stap is om de lichtgevoeligheid aan te pakken en de batterijcel verder te ontwikkelen. Als dat lukt, zou de suikerbatterij een belangrijke rol kunnen spelen bij het opslaan van overtollige zonne- en windenergie, bijvoorbeeld in woonwijken.
Toch is voorzichtigheid geboden. De technologie bevindt zich nog in de prototypefase. Om van het laboratorium naar massaproductie te gaan moeten heel wat uitdagingen worden overwonnen en dat lukt vaak niet. Maar de onderzoekers zijn optimistisch: met de juiste verbeteringen zien zij deze suikerbatterij een belangrijke rol spelen in de energietransitie.
