Nowa elastyczna bateria firmy McGill poprawia napięcie i żywotność dzięki zastosowaniu kwasu cytrynowego, idealna do urządzeń przenośnych i implantów medycznych.
- Elastyczna i biodegradowalna bateria zainspirowana eksperymentami szkolnymi.
- Poprawione napięcie, dłuższa żywotność.
- Nieszkodliwe materiały, całkowity rozkład w ciągu kilku tygodni.
- Odpowiednia do urządzeń do noszenia i implantów.
- Konstrukcja kirigami umożliwiająca rozciąganie do 80%.
- Prawdziwa alternatywa dla rosnącej ilości odpadów elektronicznych.
Rozciągliwa bateria inspirowana cytrynami: większe napięcie, dłuższa żywotność i zdecydowany krok w kierunku kontrolowanej biodegradacji.
Rzadko zdarza się, aby eksperyment dziecięcy — klasyczne wbicie dwóch metali w cytrynę w celu zapalenia małej żarówki — zainspirował technologię, która ma potencjał, aby zmienić całe sektory. Ale tak właśnie się stało. Grupa naukowców z Uniwersytetu McGill (Kanada) opracowała elastyczną, biodegradowalną i zaskakująco stabilną baterię, która może zasilać urządzenia do noszenia i małe czujniki bez konieczności stosowania toksycznych materiałów lub skomplikowanych procesów recyklingu.
Bateria opiera się na bardzo prostej idei: wykorzystaniu żelatyny jako miękkiego elektrolitu i połączeniu jej z elektrodami z magnezu i molibdenu, dwóch stosunkowo łagodnych metali, które łatwo ulegają rozkładowi w glebie. Samo to podejście nie byłoby wystarczające, ponieważ magnez tworzy warstwę pasywacyjną, która hamuje reakcję elektrochemiczną. Tutaj ponownie pojawia się wspomnienie cytryny: zespół ocenił, w jaki sposób kwas cytrynowy i mlekowy mogą rozbić tę warstwę i utrzymać cyrkulację jonów.
Odkryto, że dodanie tych kwasów do żelatyny nie tylko poprawia przewodność, ale także zwiększa stabilność napięcia i wydłuża żywotność ogniwa. Innymi słowy: bateria, która nie tylko działa, ale także wytrzymuje dłużej, nie tracąc przy tym swojej biodegradowalności.
Estetyka również ma znaczenie. Podobnie jak funkcjonalność. Inspirując się kirigami, japońską sztuką cięcia i składania papieru, naukowcy zaprojektowali wzór, który pozwala baterii rozciągnąć się nawet o 80% bez utraty wydajności. Ten szczegół otwiera drzwi do bardzo różnorodnych zastosowań, od elastycznych czujników medycznych po inteligentną odzież, która musi dostosowywać się do ruchów ciała.
Aby sprawdzić jej wytrzymałość, zbudowano mały czujnik ciśnienia na palec, zasilany mikroakumulatorem o wymiarach zaledwie 1 × 1 cm. Reakcja była natychmiastowa: urządzenie działało bez problemów, z mocą nieco mniejszą niż konwencjonalna bateria AA, ale wystarczającą dla urządzeń o niskim zapotrzebowaniu na energię.
Kiedy bateria się wyczerpała, zanurzono ją w roztworze soli fizjologicznej i w ciągu niecałych dwóch miesięcy żelatyna i magnez uległy całkowitemu rozkładowi. Molibden, który rozkłada się wolniej, wymaga nieco więcej czasu, ale nadal jest materiałem o bardzo niewielkim wpływie na środowisko w porównaniu z metalami ciężkimi stosowanymi w tradycyjnych bateriach.
Postęp ten nie ma na celu zastąpienia z dnia na dzień najpotężniejszych baterii dostępnych na rynku. Pokazuje jednak coś bardzo ważnego: możliwe jest wytwarzanie bezpiecznych, miękkich, elastycznych i zdolnych do rozkładu bez pozostawiania toksycznych odpadów urządzeń energetycznych. W świecie przepełnionym urządzeniami elektronicznymi, czujnikami, urządzeniami medycznymi i przedmiotami podłączonymi do sieci, ta linia badań jest szczególnie obiecująca.
Jaki może to mieć wpływ
Kontrolowana degradacja tej baterii zapobiega wytwarzaniu metali ciężkich, rozpuszczalników organicznych lub trwałych polimerów. Jej życie po zużyciu nie zagraża wodonośnym warstwom ani glebom. W kontekście klinicznym, gdzie powszechnie stosuje się jednorazowe czujniki i tymczasowe implanty, może to zmniejszyć presję na systemy zarządzania odpadami. Ponadto, dzięki swojej elastyczności i lekkości, minimalizuje całkowitą ilość użytego materiału, co również zmniejsza ślad środowiskowy wynikający z produkcji.
Tego typu technologia łączy się z innymi wyraźnymi trendami: czujniki środowiskowe w miastach, rolnictwo precyzyjne, biomonitory dla dzikich zwierząt lub urządzenia medyczne, które nie wymagają chirurgicznego usuwania.
Każde potencjalne zastosowanie pozwala uniknąć wytwarzania tworzyw sztucznych, stopów i konwencjonalnych baterii, które prędzej czy później trafiłyby na wysypiska śmieci.
Potencjał
Opracowanie biodegradowalnych i rozszerzalnych baterii nie jest zwykłą akademicką ciekawostką. Można je włączyć do czystszych modeli produkcji, zwłaszcza w sektorach zużywających duże ilości mikrobaterii — od urządzeń do noszenia po internet rzeczy. Otworzy to również drzwi do nowych standardów projektowania ekologicznego, w których urządzenie od samego początku jest projektowane tak, aby jego koniec życia był bezpieczny, cichy i bez niebezpiecznych odpadów.
Jeśli ta technologia będzie się rozwijać, może zmniejszyć zależność od materiałów krytycznych, pobudzić gospodarkę o obiegu zamkniętym w elektronice lekkiej, a przede wszystkim znormalizować fundamentalną ideę: nie każda bateria musi trwać wiecznie; niektóre muszą zniknąć bez zanieczyszczania planety.