Einführung der ersten essbaren Batterie
Das Gesundheitsrisiko, das von versehentlich verschluckten Batterien ausgeht, könnte dank einer neuen Batterie, die von einer Forschungsgruppe des Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) entwickelt wurde, bald der Vergangenheit angehören. Die vollständig essbare und wiederaufladbare Batterie minimiert nicht nur die Gefahr bei Verschlucken von Batterien durch Kinder, sondern ebnet auch den Weg für Anwendungen in der Gesundheitsdiagnostik, in der Überwachung der Lebensmittelqualität und im Bereich der essbaren Softroboter. Die dem Konzeptnachweis dienende Batteriezelle, die es auf die TIME-Liste der 200 besten Erfindungen des Jahres 2023 geschafft hat, wird in einem wissenschaftlichen Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht wurde. Sie ist das Ergebnis von Forschungsarbeiten, die mit teilweiser Unterstützung durch das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt ELFO durchgeführt wurden. „Zwei Hauptursachen für die Schädigung menschlichen Gewebes durch Batterien, wenn sie sich im Körper befinden, sind die Wasserelektrolyse und die Toxizität der Materialien“, erklärt Dr. Ivan K. Ilic, Erstautor der Studie und promovierter Wissenschaftler am IIT, in einer Pressemitteilung auf der Website „Ars Technica“. „Die Wasserelektrolyse ist ein Phänomen, bei dem durch elektrischen Strom mit einer Spannung von mehr als 1,2 V (praktisch alle handelsüblichen Batterien) Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff (ein explosives Gas) aufgespalten wird, und sie ist sehr gefährlich, wenn sie im Magen stattfindet. Die Spannung unserer Batterie liegt weit darunter, bei etwa 0,65 V, sodass keine Wasserelektrolyse stattfinden kann. Zudem verwendeten wir nur Lebensmittel – somit ist keines der Materialien giftig!“ Bei der Entwicklung der essbaren Batterie ließ sich das IIT-Team von den biochemischen Redoxreaktionen inspirieren, die in allen Lebewesen ablaufen. Die Bestandteile der Batterie sind gängige Lebensmittel: Riboflavin (Vitamin B2, in Mandeln enthalten) dient als Batterieanode und Quercetin (Nahrungsergänzungsmittel, in Kapern enthalten) bildet die Kathode. Nori – Seetang, der zum Einwickeln von Sushi-Rollen verwendet wird – dient als Separator, den jede Batterie braucht, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Eine Lösung auf Wasserbasis (wässriges NaHSO4, in Toilettenbecken- und Spülmaschinenreinigern enthalten) dient als Elektrolyt, und Aktivkohle, ein nicht verschreibungspflichtiges Arzneimittel, das häufig zur Behandlung von Vergiftungen eingesetzt wird, erhöht die elektrische Leitfähigkeit der Batterie. Zu guter Letzt wurden die Elektroden mit Bienenwachs überzogen und mit einer Goldfolie (wie sie für Backwaren verwendet wird) verbunden, mit der eine Stützstruktur aus Ethylcellulose laminiert wurde.
Eine skalierbare Batterie
Dr. Ilic erklärt den Energiefluss in der Batterie: „Während der Aufladung wandern die Elektronen von Quercetin zu Riboflavin und während der Benutzung geschieht das Gegenteil. So können Geräte mit Strom versorgt werden. Unsere Innovation ist in der Tat skalierbar, und wenn die Energie der Batterie verdoppelt werden soll, muss nur die Oberfläche der Elektroden verdoppelt werden!“ Die Batterie arbeitet mit einer Spannung von 0,65 V und hält laut einer Pressemitteilung des IIT einen Strom von 48 Mikroampere 12 Minuten oder weniger Mikroampere mehr als eine Stunde lang aus. Dies reicht aus, um kleine elektronische Geräte wie z. B. Leuchtdioden mit geringem Stromverbrauch für eine kurze Zeit zu betreiben. Dr. Ilic merkt in der Pressemitteilung auf „Ars Technica“ an: „Diese Batterien sind keine Konkurrenz zu gewöhnlichen Batterien – sie werden keine Elektroautos antreiben –, sondern sie sollen essbare Elektronik und vielleicht einige andere Nischenanwendungen mit Strom versorgen, sodass ihr Hauptvorteil die Unschädlichkeit ist.“ Der Koordinator des Projekts ELFO, Dr. Mario Caironi, erhielt bereits früher eine Finanzhilfe des Europäischen Forschungsrats, und zwar für ein fünfjähriges Projekt namens HEROIC. Das Projekt ELFO (Electronic Food: enabling edible electronic systems for biomedical and food monitoring applications) endet im August 2025. Weitere Informationen: ELFO-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
ELFO, Batterie, wiederaufladbar, Elektrode, essbare Elektronik
