Понятно, что ни одно современное портативное техническое устройство не может обойтись без аккумуляторной батареи. В современных литий-ионных, литий-полимерных, никель-кадмиевых аккумуляторах нет абсолютно ничего необычного – мы все к ним давно уже привыкли. Зато элементы питания, работающие на сахарном сиропе, кажутся нам чем-то нелепо-сказочным из «Алисы в Стране чудес» или диснеевских мультфильмов. Тем не менее, батареи на основе сладкой патоки уже созданы, причем они вполне нормально функционируют. Патокой называется сахаристый продукт, который получают из крахмала через его частичный гидролиз. Поскольку она состоит из мальтозы, глюкозы и декстрина, то иногда используют другое название – мальтодекстрин. И именно из этой субстанции, распространенной в кондитерской промышленности, американские ученые умудрились сделать энергетические элементы.
Разработка «сладкого» аккумулятора ведется в Виргинском политехническом институте. Возглавляет проект профессор Персиваль Чжан, который считает, что у его изобретения есть неплохие перспективы: «Наша первая модель должна выйти на рынки примерно через три года. Сначала это будет портативная автономная зарядка для аккумуляторов. Она поможет заряжать аккумуляторные батареи в местах, где нет розеток». Как думают участники проекта, сначала новые батареи станут дополнением к традиционным элементам питания, а затем и вовсе заменят их.
«Сладкие» батареи вырабатывают электричество благодаря вполне заурядной химической реакции: окислению сахаров под воздействием кислорода воздуха. В принципе, что-то похожее можно наблюдать в нашем собственном организме, в котором источником энергии для метаболизма служат углеводы (в частности, глюкоза), расщепляемые ферментами. Так что ученые нагло украли идею у самой матушки-природы. Правда, они разработали уникальную последовательность химических реакции, не имеющую аналогов в живом мире.
Реакции протекают благодаря воздействию 13 различных ферментов, которые сначала расщепляют патоку до глюкозы, а затем разделяют ее на воду и углекислый газ. В это время электроны высвобождаются и текут от анода к катоду, в результате чего вырабатывается электроток. Попытки создать топливный элемент на основе глюкозы были и до того, как профессор Чжан начал свой проект. Но раньше ученые использовали лишь 1-2 фермента, поэтому от каждой молекулы глюкозы получалось всего два электрона. В итоге приходилось постоянно добавлять сироп, чтобы вырабатывалось больше энергии. Зато благодаря разработкам команды Виргинского политеха из одной молекулы глюкозы можно получить 24 электрона, в результате чего топливного элемента стало хватать на более длительное время. Как ни странно, «сладкие» батареи в 15 раз превосходят привычные нам литий-ионные аккумуляторы по удельной емкости.
Новые аккумуляторы обладают еще парой неоспоримых преимуществ: экологичностью и безопасностью. Сахара и ферменты не загрязняют окружающую среду, а элементы питания на основе патоки не воспламеняются и не взрываются ни при каких условиях.
Жаль, что все это касается только части топливного элемента – анода, на котором происходит непосредственное расщепление сахаров. А вот на катоде, где из воздуха выделяется кислород, катализатором реакции служит платина. В итоге «сладкие» аккумуляторы получаются умопомрачительно дорогими. Другое дело, что ученые отчаянно ищут, чем бы заменить благородный металл. Пока что наиболее удачной альтернативой им представляются ферменты-лакказы, которые используются в промышленности для отбеливания бумаги. Какие результаты даст напряженная работа американских ученых – покажет время. Будем надеяться, что через пару лет мы уже сможем заряжать свои смартфоны от банок с сиропом.
