ساخت یک باتری که با وانیل کار می‌کند

مجله آنلاین موبنا – به گزارش آی‌ای، بوی یک شیرینی وانیلی که تازه از اجاق بیرون آمده است، رایحه‌ای است که احتمالاً دهان همه را آب می‌اندازد و اکنون مشخص شده است که این ماده شیرین، کاربردی بیش از استفاده در شیرینی پزی دارد و در واقع نه تنها می‌تواند غدد بزاقی ما را فعال کند، بلکه قادر است وسایل الکترونیکی ما را هم روشن کند.

محققان دانشگاه صنعتی “گراتس”(TU Graz) اتریش کشف کرده‌اند که می‌توان از “وانیل”(vanillin) در باتری‌های مایع به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای مواد شیمیایی خشن استفاده کرد.

این یک گام بزرگ در جهت ذخیره سبز انرژی است.

“وانیلین ” یک ترکیب شیمیایی با شکل ظاهری بلورهای سفید است. وانیلین یک ترکیب آلی با فرمول C۸H۸O۳ است. این ترکیب یک آلدهید فنولی است و شامل گروه‌های عاملی آلدهید، اتر و هیدروکسیل است.

وانیلین اولین ترکیبی است که از استخراج دانه‌های وانیل بدست می‌آید و امروزه کاربرد زیادی دارد و به عنوان طعم دهنده در غذاها، نوشیدنی‌ها و صنعت دارو به کار می‌رود.

اتیل وانیلین و وانیلین در صنعت غذایی کاربرد گسترده دارند. اتیل وانیلین گران‌تر از وانیلین است، اما نسبت به وانیلین تاثیر بیشتری در مقدار کمتر دارد.

همانطور که “استفان اسپرک” سرپرست این مطالعه از دانشگاه “گراتس” می‌گوید، این مطالعه جدید یک موفقیت پیشگامانه در زمینه فناوری‌های ذخیره پایدار انرژی است.

“اسپرک” و تیمش موفق شده‌اند با جایگزینی عنصر اصلی باتری‌ها یعنی الکترولیت‌های مایع با وانیلین معمولی، باتری‌های جریان اکسایش-کاهش(redox) را به باتری‌های سازگارتری با محیط زیست تبدیل کنند.

اکسایـش و کاهش نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرآیند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. با کمی اغماض علمی می‌توان این فرآیند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، مولکول یا یون دیگر دانست.

در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد(اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند(کاهش). در چنین واکنشی مولکول دهنده الکترون اکسید شده و مولکول گیرنده الکترون کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده ‌است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد، اکسایش نامیده شدند. اتم اکسیژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد و در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی، یک اتم یا اتم‌های یک مولکول در پی حذف الکترون‌ها افزایش می‌یابد.

الکترولیت‌های مایع بیشتر از فلزات سنگین خطرناک یا کمیاب تشکیل شده‌اند، بنابراین قابل درک است که محققان دانشگاه “گراتس” بخواهند یک گزینه غیر مضر پیدا کنند.

“وانیلین” را می‌توان به راحتی از یک سوپرمارکت خریداری کرد و یا از “لیگنین”(lignin) استخراج کرد.

لیگنین یک پلیمر پیچیده ساخته شده از واحدهای مولکولی فنیل‌پروپان است که به شکل آمورف و مخلوط با هولوسلولز در گیاهان به صورت لایه‌ای دور سلولز را فرا گرفته ‌است. بعد از سلولز، لیگنین رایج‌ترین ترکیب در ساختار گیاهان چوبی و غیرچوبی است. چوب خشک حاوی حدود ۲۵ درصد لیگنین است که در دیواره سلولی و در قسمت خارجی سلول قرار گرفته‌ است. لیگنین به‌ عنوان یک اتصال دهنده دیواره سلولی عمل می‌کند و فیبرهای سلولی حاوی ماتریکس را برای استحکام ساختار چوب به هم متصل می‌نماید. منابع لیگنین فراوانند و اکثراً هم غیرقابل مصرفند. چوب و پوست درختان که از صنایع الواری به‌ جای می‌مانند و همچنین فضولات کشاورزی می‌توانند مقدار بسیار زیادی لیگنین حاصل دهند. منبع کوچک‌تر ولی در دسترس‌تر لیگنین، خمیر کاغذ و صنایع چوب است که ذخیره زیادی برای لیگنین است. محتویات لیگنین در گونه‌های مختلف چوب از یک درخت به درخت دیگر و حتی در یک منطقه از یک درخت نسبت به منطقه دیگر از همان درخت متفاوت است. لیگنین یک پلیمر با وزن مولکولی بیشتر از ۱۰ هزار در درختان کاج و احتمالا کمتر از ۵ هزار در درختان برگ‌ریز است که سه منومر اصلی آن “کونیفریل الکل”، “ایزواوژنول” و “سیرنژیل الکل” هستند.

در نهایت تیم “اسپرک” موفق به تولید نسخه سبز خود از الکترولیت‌های مایع در دمای اتاق شد.

“اسپرک” توضیح داد: از یک طرف می‌توانیم وانیلین را از سوپرمارکت خریداری کنیم، اما از طرف دیگر می‌توانیم لیگنین را نیز به کمک یک واکنش ساده تجزیه کنیم که به نوبه خود در مقادیر زیادی به عنوان زباله در تولید کاغذ تولید می‌شود و این یک روش سبز و ساده است.

تمرکز اصلی این تیم، پایداری و استفاده از انرژی است و برنامه‌های جامعی در مورد چگونگی ادامه کار خود دارد.

“اسپرک” افزود: برنامه این است که گیاهان را به یک آسیاب خمیر کاغذ منتقل کنیم و وانیلین را از لیگنین بگیریم و آنچه را که نیازی به آن نیست، می‌توان به چرخه برگرداند.

این یک کشف بزرگ در دنیای انرژی است. باتری‌های اکسایش-کاهش کمتر قابل اشتعال هستند و راحت‌تر از باتری‌های لیتیوم-یون بازیافت می‌شوند، بنابراین یافتن یک جایگزین ایمن بسیار خارق العاده است.

این مطالعه در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است.

 منبع: ایسنا