Группа исследователей из Istituto Italiano di Tecnologia (IIT — Итальянский технологический институт) создала полностью съедобную и перезаряжаемую батарею, используя материалы, которые обычно потребляются как часть нашего повседневного рациона. Экспериментальный элемент батареи был описан в статье, недавно опубликованной в журнале Advanced Materials . Возможные применения — диагностика здоровья, мониторинг качества пищевых продуктов и съедобная мягкая робототехника.
Исследование выполнено группой Марио Кайрони, координатора лаборатории печатной и молекулярной электроники Центра ИИТ в Милане (Италия); Caironi сосредоточился на изучении электронных свойств пищи и ее побочных продуктов, чтобы объединить их со съедобными материалами и создать новые съедобные электронные материалы. В 2019 году Caironi выиграла грант консолидатора ERC в размере 2 миллионов евро для проекта ELFO, который исследует область съедобной электроники.
Пищевая электроника — это недавно развивающаяся область, которая может оказать большое влияние на диагностику и лечение заболеваний желудочно-кишечного тракта, а также на мониторинг качества пищевых продуктов. Одной из самых интересных задач при разработке будущих пищевых электронных систем является создание пищевых источников энергии.
Исследовательская группа IIT черпала вдохновение в биохимических окислительно-восстановительных реакциях, которые происходят во всех живых существах, и разработала батарею, в которой в качестве анода используется рибофлавин (витамин B2, содержащийся, например, в миндале) и кверцетин (пищевая добавка и ингредиент, присутствующий в каперсах) , среди прочего) в качестве катода. Активированный уголь (распространенное безрецептурное лекарство) использовался для увеличения электропроводности , а электролит был на водной основе. Сепаратор, необходимый в каждой батарее, чтобы избежать короткого замыкания, был сделан из водорослей нори, которые содержатся в суши. Затем электроды были инкапсулированы в пчелиный воск, из которого выходят два контакта из пищевого золота (фольга, используемая кондитерами) на подложке из целлюлозы.
Аккумулятор работает при напряжении 0,65 В, достаточно низком напряжении, чтобы не вызывать проблем в организме человека при попадании внутрь. Он может обеспечить ток 48 мкА в течение 12 минут или несколько микроампер в течение более часа, что достаточно для питания небольших электронных устройств, таких как маломощные светодиоды, в течение ограниченного времени.
Этот пример полностью съедобной перезаряжаемой батареи , первого из когда-либо созданных, откроет двери для новых съедобных электронных приложений.
«В будущем потенциальные области применения варьируются от пищевых цепей и датчиков, которые могут контролировать состояние здоровья, до питания датчиков для контроля условий хранения пищевых продуктов. Более того, учитывая уровень безопасности этих батарей, их можно использовать в детских игрушках, где существует высокая риск проглатывания. На самом деле, мы уже разрабатываем устройства с большей мощностью и меньшими габаритами. Эти разработки будут проверены в будущем и для питания съедобных мягких роботов», — отметил координатор исследований Марио Кайрони.
«Эта съедобная батарея также очень интересна для сообщества накопителей энергии. Создание более безопасных батарей без использования токсичных материалов является проблемой, с которой мы сталкиваемся, поскольку спрос на батареи стремительно растет. Хотя наши съедобные батареи не будут питать электромобили, они являются доказательством того, что батареи могут быть изготовлены из более безопасных материалов, чем нынешние литий-ионные батареи. Мы считаем, что они вдохновят других ученых на создание более безопасных батарей для действительно устойчивого будущего», — добавил Иван Илич, соавтор исследования.
Теги: батарея, микроэлектроника
