Zašto Englezi zovu cijanovodičnu kiselinu (HCN) „prussic acid“? Kakve veze ima njemačka država Pruska s tim otrovnim plinom? E, pa ima. Riječ je o tome da je berlinski proizvođač slikarskih boja Heinrich Diesbach početkom 18. stoljeća slučajno izumio novu slikarsku boju kojoj je dao ime „prusko modrilo“ da bi joj poslije – na nagovor trgovaca – promijenio naziv u „berlinsko modrilo“ (Berlinerblau). Nova je slikarska boja izazvala senzaciju, pa je našla mjesto na paleti velikih majstora poput Paula Cézannea i Van Gogha – njegova „Zvjezdana noć“ naslikana je upravom tom bojom, berlinskim modrilom!

Veza između Prussian blue i prussic acid ne bi se mogla uspostaviti bez znanja kemije, bez znanja da je berlinsko (prusko) modrilo upravo sol te kiseline. Formula mu je Fe₄[Fe(CN)₆], no iza te jednostavne kemijske formule krije se složena kemija. Nije naime riječ ni o ionu ni o molekuli nego o atomima željeza međusobno povezanim cijanidnim skupinama (CN) u kubičnu kristalnu rešetku. Ne samo to! Strukturu sličnu strukturi berlinskog modrila ima mnoštvo spojeva čija je opća formula A_xM_y[Fe(CN)₆]: atomi M i Fe povezani su skupinama CN u kristalnu rešetku, dok atomi, točnije ioni A leže u njezinim šupljinama.

I evo vijesti iz svijeta znanosti koja nema veze sa slikarskom bojom, ali ima itekako veze s berlinskim modrilom, točnije s klasom kemijskih spojeva opće formule  A_xM_y[Fe(CN)₆]. Kineski su znanstvenici napravili „Rechargeable zinc-ammonium hybrid microbattery with ultrahigh energy and power density“, kako glasi naslov njihovog članka objavljenog u časopisu Matter.

Anodu njihove baterije čini cink, dok je katoda načinjena od amonijeva bakrova heksacijanoferata, NH₄Cu[Fe(CN)₆], ili  –  kraće  – NH₄CuHCF, gdje HCF označava heksacijanoferat, dakle ion [Fe(CN)₆]^3-. Ta je sol nanesena na površinu poroznog nikla te pri izbijanju baterije prima elektrone od cinka (Zn → Zn²⁺+ 2e^-) reducirajući ione Cu²⁺ (Cu²⁺ + e^- → Cu⁺) u kristalnoj rešetci NH₄CuHCF. Da bi održala električnu neutralnost, kristalna rešetka privlači pozitivno nabijene amonijeve ione, NH₄⁺, te ih veže u svojim šupljinama.

Lijepa kemija, ali koja je svrha te lijepe i nadasve osebujne kemije? Koja je svrha nove  baterije za punjenje, koja nije litij-ionska nego amonij-ionska? Izbor katode načinjene od NH₄CuHCF omogućio je izradu vrlo malih baterija, jer se spomenuta sol može lako nanositi na sićušne podloge elektrokemijskim postupkom. Tome treba dodati i naknadno nanošenje vodljivog polimera PEDOT (elektroda NH₄CuHCF-P), čime je povećana brzina punjenja i pražnjenja baterije. Tako je dobivena „hibridna mikrobaterija“ (hybrid microbattery), baterija za punjenje velika tek nekoliko milimetara!

Kao elektrolit u bateriji služi vodena otopina amonijeva sulfata s malim dodatkom bakrova sulfata (modre galice). No elektrolit se može gelirati, pa se tako dobiva suha baterija unatoč vodenom elektrolitu.

Koje su performanse rečene „hibridne“ mikrobaterije? Njome se postiže napon od oko 1,8 V uz veliku gustoću energije (0,44 mWh cm^-2), no najvažnije joj je svojstvo velika snaga – koja je postignuta upravo dodatkom vodljivog polimera PEDOT. Ona iznosi 80,83 mW cm^-2, što znači da se baterija površine jednog kvadratnog centimetra može isprazniti za 20 sekundi.  Usto je, opet zahvaljujući vodljivom polimeru, postignuta velika trajnost: bateriji praktički ne opada kapacitet ni efikasnost skladištenja energije niti nakon tisuću ciklusa punjenja i pražnjenja.

Primjena? U svim „mikro“ uređajima, u uređajima koji ne smiju biti veći od centimetra. Pri tome se prije svega misli na mikrosenzore, implantate (pacemakere i slično), a naročito na mikrorobote. Energija koju baterija skladišti, unatoč velikoj gustoći, nije velika, ali je sasvim dovoljna za pokretanje sitnih uređaja. Je li tu kraj? Rekao bih da nije, jer unatoč malim dimenzijama cink-amonijeve hibridne baterije, ne vidim prepreku da se ne napravi još manja verzija.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednja je  „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.