ساخت یک باتری که با وانیل کار می کند

پژوهشگران موفق به ساخت یک باتری مایع سازگار با محیط زیست شده اند که ماده اصلی تشکیل دهنده آن در هر سوپرمارکتی موجود است و با وانیل کار می کند.
به گزارش عاشق وب به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، بوی یک شیرینی وانیلی که تازه از اجاق بیرون آمده است، رایحه ای است که احتمالاً دهان همه را آب می اندازد و الان مشخص شده است که این ماده شیرین، کاربردی بیش از استفاده در شیرینی پزی دارد و در واقع نه فقط می تواند غدد بزاقی ما را فعال کند، بلکه قادر می باشد وسایل الکترونیکی ما را هم روشن کند.
پژوهشگران دانشگاه صنعتی “گراتس”(TU Graz) اتریش کشف کرده اند که می توان از “وانیل”(vanillin) در باتری های مایع بعنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای مواد شیمیایی خشن بهره برد.
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 گروه های عاملی آلدهید، اتر و هیدروکسیل است.
وانیلین نخستین ترکیبی است که از استخراج دانه های وانیل بدست می آید و امروزه کاربرد زیادی دارد و بعنوان طعم دهنده در غذاها، نوشیدنی ها و صنعت دارو به کار می رود.
اتیل وانیلین و وانیلین در صنعت غذایی کاربرد گسترده دارند. اتیل وانیلین گران تر از وانیلین است، اما نسبت به وانیلین تاثیر بیشتری در مقدار کمتر دارد.
همانطور که “استفان اسپرک” سرپرست این مطالعه از دانشگاه “گراتس” می گوید، این مطالعه جدید یک موفقیت پیشگامانه در زمینه فناوری های ذخیره پایدار انرژی است.
“اسپرک” و تیمش موفق شده اند با جایگزینی عنصر اصلی باتری ها یعنی الکترولیت های مایع با وانیلین معمولی، باتری های جریان اکسایش-کاهش(redox) را به باتری های سازگارتری با محیط زیست تبدیل کنند.
اکسایـش و کاهش نام کلی واکنش های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم ها می شوند. این پروسه می تواند دربرگیرنده واکنش های ساده ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان یا واکنش های پیچیده ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش های چند مرحله ای باشد. با کمی چشم پوشی علمی می توان این پروسه 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 می دهد(اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می کند(کاهش). در چنین واکنشی مولکول دهنده الکترون اکسید شده و مولکول گیرنده الکترون کاهیده می شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق تر تعریف شد و کلیه واکنش هایی که طی آن ماده ای الکترون از دست می دهد، اکسایش نامیده شدند. اتم اکسیژن می تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد و در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی، یک اتم یا اتم های یک مولکول به دنبال حذف الکترون ها افزایش می یابد.
الکترولیت های مایع بیشتر از فلزات سنگین خطرناک یا کمیاب تشکیل شده اند، بدین سبب قابل درک است که پژوهشگران دانشگاه “گراتس” بخواهند یک گزینه غیر مضر پیدا کنند.
“وانیلین” را می توان به آسانی از یک سوپرمارکت خریداری کرد و یا از “لیگنین”(lignin) استخراج کرد.
لیگنین یک پلیمر پیچیده ساخته شده از واحدهای مولکولی فنیل پروپان است که به شکل آمورف و مخلوط با هولوسلولز در گیاهان به صورت لایه ای دور سلولز را فرا گرفته است. پس از سلولز، لیگنین رایج ترین 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 بعنوان یک اتصال دهنده دیواره سلولی عمل می کند و فیبرهای سلولی حاوی ماتریکس را برای استواری ساختار چوب به هم متصل می نماید. منابع لیگنین فراوانند و اکثراً هم غیرقابل مصرفند. چوب و پوست درختان که از صنایع الواری بجای می مانند و همین طور فضولات کشاورزی می توانند مقدار بسیار زیادی لیگنین حاصل دهند. منبع کوچک تر ولی در دسترس تر لیگنین، خمیر کاغذ و صنایع چوب است که ذخیره زیادی برای لیگنین است. محتویات لیگنین در گونه های مختلف چوب از یک درخت به درخت دیگر و حتی در یک منطقه از یک درخت نسبت به منطقه دیگر از همان درخت متفاوت می باشد. لیگنین یک پلیمر با وزن مولکولی بیشتر از ۱۰ هزار در درختان کاج و احیانا کمتر از ۵ هزار در درختان برگ ریز است که سه منومر اصلی آن “کونیفریل الکل”، “ایزواوژنول” و “سیرنژیل الکل” هستند.
در نهایت تیم “اسپرک” موفق به تولید نسخه سبز خود از الکترولیت های مایع در دمای اتاق شد.
“اسپرک” توضیح داد: از یک طرف می توانیم وانیلین را از سوپرمارکت خریداری نماییم، اما از جانب دیگر می توانیم لیگنین را نیز به کمک یک واکنش ساده تجزیه نماییم که به نوبه خود در مقادیر زیادی بعنوان زباله در تولید کاغذ تولید می شود و این یک روش سبز و ساده است.
تمرکز اصلی این تیم، پایداری و استفاده از انرژی است و برنامه های جامعی در مورد چگونگی ادامه کار خود دارد.
“اسپرک” اضافه کرد: برنامه این است که گیاهان را به یک آسیاب خمیر کاغذ منتقل نماییم و وانیلین را از لیگنین بگیریم و آنچه را که نیازی به آن نیست، می توان به چرخه برگرداند.
این یک کشف بزرگ در دنیای انرژی است. باتری های اکسایش-کاهش کمتر قابل اشتعال هستند و آسان تر از باتری های لیتیوم-یون بازیافت می شوند، بدین سبب یافتن یک جایگزین ایمن بسیار خارق العاده است.
این مطالعه در مجله Angewandte Chemie انتشار یافته است.