Команда дослідників з Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Італійський технологічний інститут) створила повністю їстівну акумуляторну батарею, використовуючи матеріали, які зазвичай споживаються як частина нашого щоденного раціону. Елемент батареї для підтвердження концепції був описаний у статті, нещодавно опублікованій у журналі Advanced Materials. Можливе застосування в діагностиці здоров’я, моніторингу якості харчових продуктів і їстівної м’якої робототехніки.
Дослідження було здійснено групою Маріо Кайроні, координатора лабораторії друкованої та молекулярної електроніки Центру IIT у Мілані (Італія); Caironi зосереджується на вивченні електронних властивостей їжі та її побічних продуктів, щоб об’єднати їх із їстівними матеріалами та створити нові їстівні електронні матеріали. У 2019 році компанія Caironi виграла консолідаційний грант ERC розміром 2 мільйони євро для проєкту ELFO, який досліджує галузь харчової електроніки.
Їстівна електроніка – це галузь, яка нещодавно розвивається, і може мати великий вплив на діагностику та лікування захворювань шлунково-кишкового тракту, а також на моніторинг якості харчових продуктів. Одним із найцікавіших завдань у розробці майбутніх їстівних електронних систем є реалізація їстівних джерел живлення.
Дослідницька група IIT черпала натхнення з біохімічних окисно-відновних реакцій, які відбуваються в усіх живих істотах, і розробила батарею, яка використовує рибофлавін (вітамін B2, який міститься, наприклад, у мигдалі) як анод і кверцетин (харчова добавка та інгредієнт, присутній у каперсах). , серед іншого) як катод. Для підвищення електропровідності використовували активоване вугілля (широко поширений безрецептурний препарат) , а електроліт був на водній основі. Сепаратор, необхідний у кожній батареї, щоб уникнути короткого замикання, був зроблений з морських водоростей норі, тих, що містяться в суші. Потім електроди були інкапсульовані в бджолиний віск, з якого вийшли два харчові золоті контакти (фольга, яку використовують кухарі-кондитери) на опорі з целюлози.
Елемент батареї працює при напрузі 0,65 В, що є досить низькою напругою, щоб не створювати проблем в організмі людини при попаданні всередину. Він може забезпечувати струм 48 мкА протягом 12 хвилин або кілька мікроампер понад годину, достатньо для живлення невеликих електронних пристроїв, таких як малопотужні світлодіоди, протягом обмеженого часу.
Цей приклад повністю їстівної акумуляторної батареї, першої в історії, відкриє двері для нових їстівних електронних застосувань.
«Майбутнє потенційне використання варіюється від їстівних схем і датчиків, які можуть контролювати стан здоров’я, до живлення датчиків для моніторингу умов зберігання харчових продуктів. Крім того, враховуючи рівень безпеки цих батарей, їх можна використовувати в дитячих іграшках, де є висока ризик проковтування. Насправді, ми вже розробляємо пристрої з більшою потужністю та зменшенням загального розміру. Ці розробки будуть перевірені в майбутньому також для живлення їстівних м’яких роботів», – зазначив координатор дослідження Маріо Кайроні.
«Ця їстівна батарея також дуже цікава для спільноти накопичувачів енергії. Створення безпечніших батарей без використання токсичних матеріалів є проблемою, з якою ми стикаємося, оскільки попит на них стрімко зростає. Хоча наші їстівні батареї не будуть живити електромобілі, вони є доказом того, що батареї можуть бути виготовлені з безпечніших матеріалів, ніж поточні літій-іонні батареї. Ми віримо, що вони надихнуть інших вчених створювати безпечніші батареї для справді сталого майбутнього», – додав Іван Іліч, співавтор дослідження.