Pierwszy jadalny akumulator w historii stał się faktem
Przypadkowe połknięcie baterii lub akumulatora stanowi obecnie bardzo duże zagrożenie dla zdrowia. Na szczęście dzięki rozwiązaniu opracowanemu przez zespół naukowców z Włoskiego Instytutu Technologii (Istituto Italiano di Tecnologia, IIT) być może już wkrótce wszyscy zapomnimy o tym niebezpieczeństwie. Poza ochroną dzieci przed konsekwencjami błędów i pomyłek, jadalny i nadający się do ponownego naładowania akumulator pozwoli na opracowanie nowatorskich rozwiązań dla sektorów diagnostyki medycznej, monitorowania jakości żywności i jadalnej miękkiej robotyki. Prototyp jadalnego akumulatora potwierdzający słuszność założeń i koncepcji trafił na listę dwustu najlepszych wynalazków 2023 roku magazynu TIME. Zainteresowani jego dokładniejszym opisem mogą zapoznać się z artykułem naukowym opublikowanym na łamach czasopisma „Advanced Materials”, dokumentującym rezultaty badań przeprowadzonych przy częściowym wsparciu projektu ELFO finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN). „Gdy akumulator lub bateria dostaną się do organizmu, w grę wchodzą dwa główne mechanizmy, które powodują uszkodzenie ludzkich tkanek – elektroliza wody oraz toksyczne działanie materiałów, z których są zbudowane”, wyjaśnia Ivan K. Ilic, główny autor badania, badacz IIT w stopniu doktora, w wypowiedzi przytoczonej w artykule opublikowanym w portalu internetowym Ars Technica. „Elektroliza wody to proces, który prowadzi do rozbicia cząsteczek wody na atomy tlenu oraz wybuchowego wodoru. Do jego rozpoczęcia wystarczy napięcie 1,2 wolta – osiąga je niemal każda bateria i każdy akumulator dostępny na rynku. Co więcej, w przypadku wystąpienia w żołądku, skutki mogą być opłakane. Opracowany przez nasz zespół akumulator osiąga znacznie niższe napięcie, które wynosi zaledwie około 0,65 wolta, dzięki czemu nie może spowodować elektrolizy wody. Ponadto do jego produkcji zastosowaliśmy wyłącznie materiały spożywcze, które z założenia nie są toksyczne”. Do budowy jadalnego akumulatora badaczy IIT zainspirowały biochemiczne reakcje redoks, zachodzące w organizmach wszystkich istot żywych. Wybrane przez zespół surowce wykorzystane do jego opracowania obejmują typowe składniki żywności. To między innymi ryboflawina (występująca w migdałach, znana także jako witamina B2), która posłużyła do budowy anody, z kolei kwercetyna (suplement diety występujący w kaparach) została wykorzystana jako materiał do budowy katody. Wodorosty nori, zwykle wykorzystywane do zawijania rolek sushi, pełnią w tej nowatorskiej konstrukcji rolę separatora zapobiegającego zwarciom, natomiast jako elektrolit badacze wykorzystali wodny roztwór wodorosiarczanu sodu (NaHSO4), występującego w środkach do czyszczenia muszli klozetowych oraz detergentów do zmywarek. Osiągi akumulatora oraz przewodność elektryczną udało się poprawić dzięki zastosowaniu węgla aktywnego, dostępnego bez recepty leku stosowanego w leczeniu zatruć pokarmowych. Dodatkowo elektrody zostały pokryte woskiem pszczelim, a następnie połączone z warstwą folii z jadalnego złota wykorzystywanej w cukiernictwie, pokrywającej konstrukcję nośną wykonaną z etylocelulozy.
Skalowalny akumulator
Zapytany o przepływ energii w nowatorskim akumulatorze, Ilic wyjaśnia: „Podczas procesu ładowania elektrony migrują z kwercetyny do ryboflawiny, natomiast w trakcie rozładowywania, proces zachodzi w drugą stronę, co pozwala nam na zasilanie różnych urządzeń. Warto dodać, że nasze rozwiązanie jest skalowalne – podwojenie energii akumulatora wymaga wyłącznie podwojenia powierzchni elektrod”. Nowatorski akumulator działa z napięciem 0,65 wolta, a jak czytamy w informacji prasowej opublikowanej przez IIT, pozwala na zasilanie urządzeń zużywających 48 mikroamperów przez 12 minut, a mniej energochłonne urządzenia mogą pracować przez ponad godzinę. Można odnieść wrażenie, że to niewielka ilość energii, jednak nawet tyle wystarcza do zasilania niewielkich urządzeń elektronicznych, takich jak diody elektroluminescencyjne małej mocy, umożliwiając ich działanie przez kilka chwil. Jak wyjaśnił Ilic dziennikarzom portalu Ars Technica: „Nie staramy się konkurować z producentami konwencjonalnych akumulatorów, nasze rozwiązanie nie jest ich zamiennikiem. Nie znajdzie zastosowania w pojazdach elektrycznych, ale może zasilać jadalne układy elektroniczne oraz inne urządzenia, zatem główną zaletą jest nietoksyczność”. Dr Mario Caironi, koordynator projektu ELFO, był także beneficjentem wcześniejszego grantu ERBN na 5-letni projekt HEROIC. Prace w ramach projektu ELFO (Electronic Food: enabling edible electronic systems for biomedical and food monitoring applications) dobiegną końca w sierpniu 2025 roku. Więcej informacji: strona projektu ELFO
Słowa kluczowe
ELFO, akumulator, nadający się do ponownego naładowania, elektroda, jadalna elektronika
