ساخت یک باتری که با وانیل کار میکند
ايسنا/ محققان موفق به ساخت يک باتري مايع سازگار با محيط زيست شدهاند که ماده اصلي تشکيل دهنده آن در هر سوپرمارکتي موجود است و با وانيل کار ميکند.
بوي يک شيريني وانيلي که تازه از اجاق بيرون آمده است، رايحهاي است که احتمالاً دهان همه را آب مياندازد و اکنون مشخص شده است که اين ماده شيرين، کاربردي بيش از استفاده در شيريني پزي دارد و در واقع نه تنها ميتواند غدد بزاقي ما را فعال کند، بلکه قادر است وسايل الکترونيکي ما را هم روشن کند.
محققان دانشگاه صنعتي "گراتس"(TU Graz) اتريش کشف کردهاند که ميتوان از "وانيل"(vanillin) در باتريهاي مايع به عنوان جايگزيني سازگار با محيط زيست براي مواد شيميايي خشن استفاده کرد.
اين يک گام بزرگ در جهت ذخيره سبز انرژي است.
"وانيلين " يک ترکيب شيميايي با شکل ظاهري بلورهاي سفيد است. وانيلين يک ترکيب آلي با فرمول C۸H۸O۳ است. اين ترکيب يک آلدهيد فنولي است و شامل گروههاي عاملي آلدهيد، اتر و هيدروکسيل است.
وانيلين اولين ترکيبي است که از استخراج دانههاي وانيل بدست ميآيد و امروزه کاربرد زيادي دارد و به عنوان طعم دهنده در غذاها، نوشيدنيها و صنعت دارو به کار ميرود.
اتيل وانيلين و وانيلين در صنعت غذايي کاربرد گسترده دارند. اتيل وانيلين گرانتر از وانيلين است، اما نسبت به وانيلين تاثير بيشتري در مقدار کمتر دارد.
همانطور که "استفان اسپرک" سرپرست اين مطالعه از دانشگاه "گراتس" ميگويد، اين مطالعه جديد يک موفقيت پيشگامانه در زمينه فناوريهاي ذخيره پايدار انرژي است.
"اسپرک" و تيمش موفق شدهاند با جايگزيني عنصر اصلي باتريها يعني الکتروليتهاي مايع با وانيلين معمولي، باتريهاي جريان اکسايش-کاهش(redox) را به باتريهاي سازگارتري با محيط زيست تبديل کنند.
اکسايـش و کاهش نام کلي واکنشهاي شيميايي است که مايه تغيير عدد اکسايش اتمها ميشوند. اين فرآيند ميتواند دربرگيرنده واکنشهاي سادهاي همچون اکسايش کربن و تبديل آن به کربن دياکسيد و کاهش کربن و تبديل آن به متان يا واکنشهاي پيچيدهاي چون اکسايش قند در بدن انسان طي واکنشهاي چند مرحلهاي باشد. با کمي اغماض علمي ميتوان اين فرآيند را انتقال يک يا چند الکترون از يک اتم، مولکول يا يون به يک اتم، مولکول يا يون ديگر دانست.
در هر واکنش اکسايش و کاهش اتم يا مولکولي الکترون از دست ميدهد(اکسايش) و اتم يا مولکولي ديگر الکترون جذب ميکند(کاهش). در چنين واکنشي مولکول دهنده الکترون اکسيد شده و مولکول گيرنده الکترون کاهيده ميشود. در واقع تعريف ابتدايي اکسايش واکنش يک ماده با اکسيژن و ترکيب شدن با آن بوده است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسايش دقيقتر تعريف شد و کليه واکنشهايي که طي آن مادهاي الکترون از دست ميدهد، اکسايش ناميده شدند. اتم اکسيژن ميتواند در چنين واکنشي شرکت داشته يا نداشته باشد و در اثر اکسايش عدد اکسايش معمولي، يک اتم يا اتمهاي يک مولکول در پي حذف الکترونها افزايش مييابد.
الکتروليتهاي مايع بيشتر از فلزات سنگين خطرناک يا کمياب تشکيل شدهاند، بنابراين قابل درک است که محققان دانشگاه "گراتس" بخواهند يک گزينه غير مضر پيدا کنند.
"وانيلين" را ميتوان به راحتي از يک سوپرمارکت خريداري کرد و يا از "ليگنين"(lignin) استخراج کرد.
ليگنين يک پليمر پيچيده ساخته شده از واحدهاي مولکولي فنيلپروپان است که به شکل آمورف و مخلوط با هولوسلولز در گياهان به صورت لايهاي دور سلولز را فرا گرفته است. بعد از سلولز، ليگنين رايجترين ترکيب در ساختار گياهان چوبي و غيرچوبي است. چوب خشک حاوي حدود ۲۵ درصد ليگنين است که در ديواره سلولي و در قسمت خارجي سلول قرار گرفته است. ليگنين به عنوان يک اتصال دهنده ديواره سلولي عمل ميکند و فيبرهاي سلولي حاوي ماتريکس را براي استحکام ساختار چوب به هم متصل مينمايد. منابع ليگنين فراوانند و اکثراً هم غيرقابل مصرفند. چوب و پوست درختان که از صنايع الواري به جاي ميمانند و همچنين فضولات کشاورزي ميتوانند مقدار بسيار زيادي ليگنين حاصل دهند. منبع کوچکتر ولي در دسترستر ليگنين، خمير کاغذ و صنايع چوب است که ذخيره زيادي براي ليگنين است. محتويات ليگنين در گونههاي مختلف چوب از يک درخت به درخت ديگر و حتي در يک منطقه از يک درخت نسبت به منطقه ديگر از همان درخت متفاوت است. ليگنين يک پليمر با وزن مولکولي بيشتر از ۱۰ هزار در درختان کاج و احتمالا کمتر از ۵ هزار در درختان برگريز است که سه منومر اصلي آن "کونيفريل الکل"، "ايزواوژنول" و "سيرنژيل الکل" هستند.
در نهايت تيم "اسپرک" موفق به توليد نسخه سبز خود از الکتروليتهاي مايع در دماي اتاق شد.
"اسپرک" توضيح داد: از يک طرف ميتوانيم وانيلين را از سوپرمارکت خريداري کنيم، اما از طرف ديگر ميتوانيم ليگنين را نيز به کمک يک واکنش ساده تجزيه کنيم که به نوبه خود در مقادير زيادي به عنوان زباله در توليد کاغذ توليد ميشود و اين يک روش سبز و ساده است.
تمرکز اصلي اين تيم، پايداري و استفاده از انرژي است و برنامههاي جامعي در مورد چگونگي ادامه کار خود دارد.
"اسپرک" افزود: برنامه اين است که گياهان را به يک آسياب خمير کاغذ منتقل کنيم و وانيلين را از ليگنين بگيريم و آنچه را که نيازي به آن نيست، ميتوان به چرخه برگرداند.
اين يک کشف بزرگ در دنياي انرژي است. باتريهاي اکسايش-کاهش کمتر قابل اشتعال هستند و راحتتر از باتريهاي ليتيوم-يون بازيافت ميشوند، بنابراين يافتن يک جايگزين ايمن بسيار خارق العاده است.
اين مطالعه در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است.