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电池的用途极为广泛,仅一次性电池全球每年的消耗量就在150亿个左右,不但对环境造成污染,且幼儿误食电池的危险情况也几乎每天出现。目前,意大利一所大学研发的完全可食用电池,大大提高了电池使用的安全性。
可食用电池无毒无害,完全由食品级材料制成,既可替代用在玩具上的传统有毒电池,又可用于医疗保健机器人或生物传感器上(特别是入侵性较高的肠胃镜检查),让机器人比以往更加安全,即使滞留体内也不会给生命带来伤害。
从事这一研发的是拥有160年历史的意大利规模最大的科技类大学米兰理工学院(IIT)。这项研究已获得欧洲研究委员会的资助。这种电池可能是世界上第一款,相关论文发表在今年3月的《先进材料》期刊上。
以前开发的可食用但不可充电电池,用黑色素作为阳极,锰氧化物作为阴极,让氧化锰被还原,黑色素被氧化,但缺点是人体每天能摄取的锰含量最多3毫克,因此不能用于生物传感器,且这种电池电位过低。
这次,科研人员用核黄素(维生素B2,可从杏仁中提取)和活性碳混合,作为电池的阳极材料。核黄素是天然的氧化还原辅助因子,曾经被用于锂电池的阳极材料,再加上出色的电容量保持率和良好的充放电性能,使这种材料能实现快速充电。
他们还用槲皮素(一种在酸豆中的食品补充剂,是天然的生长素)和活性碳混合,作为电池的阴极,其氧化还原活性出现0.5V的电压和18mAh/g的放电容量。
核黄素和槲皮素加入可食用的活性碳,是增加电池导电性。另外,电解质则用含硫酸氢钠(一种弱酸性的食用盐)的水基溶液,并用紫菜海藻(海苔)制成电池中的隔板,而电极触点则使用可食用金箔,与乙基纤维素(一种不溶于水的食品添加剂)一起做成集流体(汇集电流的结构),而阴阳电极则用可食性的蜂蜡进行封装。
以上这些材料组成一颗完整的食用电池,能从外面进行充电,重复使用。这种电池的工作电压在0.65V,每分钟提供4微安(μA)的电流和高达7.2mAh/g的电池容量,这些足以为小功率LED或小型电子设备提供电力。另外,因低电压特性,人体在分解时,不会损害或影响人体。
IIT中心印刷和分子电子实验室协调员马里奥‧凯罗尼(Mario Caironi)博士对米兰理工学院新闻社表示,“儿童玩具中的电池被误食的风险很高,我们必须考量它的安全性。”
凯罗尼还表示,“这种可食用电池未来可用于监测健康状况的传感器,以及为监测食品储存条件的传感器供电。实际上,我们已经在开发容量更大、体积更小的设备。今后我们还将测试为软机器人提供动力的可食用电池。”
该研究的合著者伊万‧伊利奇(Ivan Ilic)博士则补充表示,“虽然我们的可食用电池还不能为电动汽车提供动力,但已证明该电池远比锂离子电池更加安全,因此我们相信这将激励其他科学家做出更安全的电池。”
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