Прокачайте внутренний мир. Съедобная батарейка.

Съедобная батарейка как она есть: витамины, воск и активированный уголь. Источник.

Мы уже привыкли к новостям о гибкой носимой электронике, но как насчёт достижений в области съедобных гаджетов? Если вам кажется, что это шутка, то медицине такие устройства ой как нужны. Например, пациенты куда охотнее проглотили бы камеру в виде капсульного препарата вместо того, чтобы терпеть существующие методы гастроскопии. Однако если уж видеокамеры мы научились делать миниатюрными настолько, что они могли бы поместиться даже в таблетке, то от того же эндоскопа всё никак не можем отказаться, ведь камере нужно питание, да и сигнал передать тоже необходимо.

Вот и получается, что съедобная электроника ‒ это весьма перспективная область. Производство усваиваемых устройств с использованием только пищевых ингредиентов и добавок устраняет многие недостатки проглатываемых инструментов. Только на примере заболеваний желудочно-кишечного тракта можно утверждать, что такие устройства будут иметь большое значение для диагностики, мониторинга, терапии, и даже контроля качества пищевых продуктов – вплоть до индивидуальных аллергических реакций пациента на них.

Недавние исследования продемонстрировали осуществимость съедобных схем и датчиков, но для полной реализации идеи требуются источники питания. Однако, как оказалось, решения, лежавшие на поверхности, не подходят.

Оказалось, что съедобные суперконденсаторы обладают довольно малой плотностью энергии и переменного рабочего напряжения. Тогда взор упал на топливные элементы, и предварительные исследования показали их перспективность при работе за счёт сжигания этанола. Но и тут учёных ждал подвох в виде всё той же низкой объёмной плотности энергии. Что же до привычных нам литий-ионных аккумуляторов, которые сегодня питают большинство портативных электронных устройств, то они попросту ядовиты, и уже поэтому не рассматриваются принципиально.

Так и получается, что более предпочтительным источником питания в данном случае оказываются батареи, собранные целиком из пищевых продуктов: во-первых, они могут обеспечивать нужный ток при определённом потенциале, а во-вторых, легко усвоятся организмом или будут выведены без осложнений. Ну, и ещё их можно глазировать, как конфеты, для снижения тревожности пациента. Ну и просто вкусно. 

И вот, черпая вдохновение из живых организмов, которые используют окислительно-восстановительные кофакторы для питания биохимических машин, исследователи Итальянского технологического института (IIT) разработали перезаряжаемую съедобную батарею.

«Эта съедобная батарея также очень интересна для сообщества накопителей энергии, ‒ рассказывает Иван Илич, один из авторов исследования. ‒ Создание более безопасных батарей без использования токсичных веществ является проблемой, с которой мы сталкиваемся, поскольку спрос на батареи стремительно растёт».

Идея реализуется путём фиксации друг относительно друга двух обычных пищевых ингредиентов: витамина B2 (он же рибофлавин), выступившего в качестве анода, и пищевой добавки кверцетина как катода.

Роли распределились не просто так: композит с рибофлавином показал явную окислительно-восстановительную активность с разрядной ёмкостью примерно в два раза превышающей ёмкость композита с кверцетином; в то же время у рибофлавина эта активность оказалась на 0,7 В ниже, чем у кверцетина. Это и стало причиной того, что полная батарея была собрана с использованием именно этих компонентов в качестве анода и катода соответственно. Кроме того, в электролит, сформированный на водной основе, учёные добавили обыкновенный активированный уголь для увеличения электропроводности. Заключив всё это в оболочку из съедобного пчелиного воска, можно изготовить полностью усвояемую пищеварением батарею, способную питать небольшие электронные устройства.

При экспериментальной проверке концепции испытательный образец батареи работал в течение 12 минут с напряжением 0,65 В, поддерживая ток 48 мкА, а плато разрядки при тех же примерно 0,65 В продемонстрировало ёмкость до 7,2 мАч/г. Так что устройство с потреблением всего в несколько микроампер разработка способна питать на протяжении часа и даже дольше. Полученные доказательства работоспособности идеи откроют двери для новых пищевых электронных приложений, обеспечивая более безопасную и простую медицинскую диагностику, лечение и неизведанные способы контроля качества пищевых продуктов.

«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», ‒ делится планами координатор исследования Марио Кайрони.

Например, исследователи говорят, что о разработке в будущем пригодных для печати окислительно-восстановительных чернил. Это проложит путь к усовершенствованным конструкциям аналогичных пищевых батарей, что значительно повысит показатель качества пищевых источников энергии.

«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 учёных на создание более безопасных батарей для действительно устойчивого будущего», ‒ добавляет Иван Илич.

АРМК, по материаламAdvanced Materials.