Het binnenste van Sony's suikerbatterij /reageer

Enzymen stapelen

Hoe meer enzymen er op de elektrodes samengepakt kunnen worden en hoe meer zuurstof ze krijgen, des te krachtiger zal de batterij zijn. Momenteel zijn er twee polymeren gebruikt die een aan elkaar tegengestelde lading hebben om de enzymen en de geleidende materialen vast te ‘lijmen’ op de elektrodes. Doordat er tussen de twee polymeren een elektrostatische werking plaatsvindt kan het hele zaakje op de elektrode worden geklemd. De twee polymeren vormen een soort dubbellaags membraan om de elektrode heen. De binnenste laag is gemaakt van het polymeer diaphorase (Dp). De buitenste laag is gemaakt van glucose dehydrigenase (GDH) dat een enzym is (gevangen in een polymeer).

De binnenste laag, van Dp, is een redelijk nieuw polymeer dat gebaseerd is op de vitamine K3, en is een geleider voor de elektronen die vrijkomen als de enzymen van de buitenste laag glucose omzetten. De buitenste laag, van GHD, voegt voortdurend zuurstof toe aan de glucose waarbij de ionen die vrijkomen in de binnenste laag worden gebruikt.

Het rendement van de batterij wordt direct beïnvloed door de elektrostatische lading op het moment van het vastzetten van de enzymen en de geleidende materialen. Hierin speelt mee dat de enzymen nog wel zo beweeglijk moeten zijn dat ze hun werk kunnen doen. Sony doet er alles aan om dat nu precies goed in de vingers te krijgen.

Boodschappenlijstje

De volgende materialen zijn gebruikt in het prototype van de batterij:

  • Voor de anode-enzymen: glucose dehydrogenase (GDH) en diaphorase (Dp).
  • Voor de kathode-enzymen: bilirubin oxidase.
  • Voor de geleidende materialen aan de anode: vitamine K3 en cofactor reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH).
  • Voor de geleidende materialen aan de kathode: kalium ferricyanidel.
  • Als elektrodemateriaal: poreuze koolstof.
  • Voor de stroomgeleider: titanium.
  • Als afscheiding tussen de twee elektrodes: cellofaan.
  • Als brandstof: een glucoseoplossing van 0,4 M met een natriumfosfaat-buffer van 1 M en pH van 7.0 (deze waarde is gelijk aan die van puur water: niet zuur en niet basisch).

Water vasthouden

Een ander probleem dat Sony beter wil oplossen is het vasthouden van voldoende zuurstofrijk water aan de kathode. Alleen op die manier kan de zuurstof efficiënt genoeg worden gebruikt om de waterstofatomen te vangen en nieuw water te maken.

Momenteel bestaat de kathode uit poreuze koolstof waarop de enzymen en de elektronengeleidende materialen vastzitten. De afscheiding tussen anode en kathode bestaat uit cellofaan, beter bekend als vershoudfolie. Structuur en productie bepalen hoe goed de waterstofionen door het plastic heen kunnen en hoe goed de kathode omringt kan blijven met water.

De katalysator

Een katalysator versnelt een bepaalde reactie. De katalysator van de batterij optimaliseren staat dan ook hoog op het prioriteitenlijstje van Sony. Ze variëren hiervoor de concentratie van de fosfatenbuffer in de batterij. Fosfatenbuffers kennen wij als e-nummers uit ons eigen voedsel. Het zijn zouten die de pH-waarde van een bepaalde stof langer op een gewenst niveau kunnen houden. Het gaat hier om natriumfosfaat, een stof die irriterend is voor ogen, huid en longen.
Normaal is die concentratie van deze stof rond de 0,1 M maar voor de batterij wordt hij opgeschroefd naar 1,0 M.

Lees ook

Reageren via Facebook

Reacties

Over Xenia Bakker

Xenia Bakker is van huis uit ingenieur met een brede interesse. Ze is ook beeldend kunstenaar en houdt o.a. van pre-electrische technieken. Zo heeft ze een skin-on-frame-kayak gebouwd in Noorwegen. Zoals de Inuit deden: van hout, touw en canvas. En dan de zee op!