В світі поширюється використання відновлюваних джерел електроенергії, тому, зростає потреба в зберіганні електроенергії безпосередньо в місцях її видобутку. Сонячна енергія, вітер та інші джерела відновлюваної енергії виробляють електроенергію в залежності від погодних умов, тому поліпшення ефективності зберігання “зеленої” електрики представляє собою актуальну задачу для науковців та інженерів, розв’язання якої сприятиме більш ефективному використанню відновлювальних джерел електроенергії, а отже зробить їх більш економічно вигідними.

Один із способів зберігання “зеленої” електрики полягає в використанні спеціальних потокових акумуляторів (неводних окислювально-відновних акумуляторних батарей – NRFB), які зберігають її у вигляді хімічних речовин. Але для того, щоб потокові акумулятори конкурували зі звичайними літій-іонними акумуляторами, електрична ємність накопичувачів потокових акумуляторів повинна бути збільшена, а стабільність їх роботи поліпшена.

У звичайній батареї літій та інші іони рухаються вперед і назад між твердими електродами. Робота потокових акумуляторних батарей заснована на окисно-відновних реакціях, в результаті яких, певна речовина, під дією зовнішнього джерела електроенергії переходить окисний стан. В якості речовини, яку окислюють, зазвичай використовують ванадій. В процесі роботи потокової акумуляторної батареї, іон ванадію не рухається. Протони і електрони, або гідроксид іони мігрують через напівпроникну мембрану, яка відокремлює їх від іонів ванадію.

Група хіміків знайшла в лісовому ґрунті можливість поліпшити характеристики потокової батареї. На національному засіданні Американського хімічного товариства навесні 2019 року в Орландо, Патрік Каппілліно, хімік з Університету Массачусетс Дартмут, описав, як його група пристосувала сполуки грибів, для підвищення стабільності роботи потокових батарей.

Ванадій є носієм електричного заряду, оскільки він має змінну ступінь окислення. Щоб запобігти переміщенню іонів через мембрану, V⁴⁺ утримується на місці спеціальним хімічним носієм. Сполука, яка зв’язує іони ванадію, повинна мати багато специфічних характеристик. Наприклад, ванадій-зв’язуюча сполука повинна мати високу спорідненість до іона V⁴⁺, щоб забезпечити надвисоку стабільність і довговічність акумулятора, який повинен витримати тисячі циклів заряд/розряд протягом багатьох років. Ванадій-зв’язуюча сполука, повинна бути добре розчинною в неводних розчинниках, які можуть витримувати високі напруги без руйнування. Чим вище напруга, тим більше електроенергії може зберігатися в потоковому акумуляторі. Існуючі потокові акумулятори мають напругу комірки приблизно в 1В. Комірки літій-іонних акумуляторі працюють з напругою приблизно в 3,8В. Тому задля забезпечення конкурентоздатності потокових акумуляторів, вони повинні мати робочу напругу не меншу ніж у літій-іонних акумуляторів, зазначає Каппіліно.

Історія досліджень почалася з того, що увагу Каппіліно привернула інформація, яку він почув від колеги, що гриби роду Amanita , до якого відносяться кілька отруйних грибів, таких як поганки, накопичують відносно велику кількість ванадію в комплексі зі сполукою, яка називається amavadin. Amavadin має надзвичайну стабільність зв’язку з іонами ванадію.

Дослідники розпочали роботу з аналізу і синтезу амавадіну і його похідних. В університеті штату Массачусетс, Дартмут, дослідники змогли синтесувати 100 грамів амавадин-інспірованої сполуки під назвою VBH^2- ще кілька років тому (J. Mater. Chem. A 2017, DOI: 10.1039 / C7TA00365J). Янг-Шао Хорн, хімік, який розробляє акумулятори окислювального потоку ванадію в Массачусетському технологічному інституті, був вражений методом синтезу і молекулярним дизайном цієї сполуки.

На національному засіданні Каппілліно повідомив про прогрес своєї групи щодо використання сполуки у потокових батареях. VBH^2- є високоселективним по відношенню до ванадію, і утворює дуже стабільну комплексну сполуку з іоном ванадію. Але VBH^2- не достатньо розчинний у неводних розчинниках, які використовують в потоковому акумуляторі.

Сьогодні, Дартмутські дослідники працюють над поліпшенням розчинності VBH^2-.