Превращаем лимоны в энергию: новая желатиновая батарея изгибается на 80% и обеспечит питанием будущие носимые устройства
Ученые из Института устойчивого развития Троттье Университета Макгилла создали биодеградируемую и растяжимую батарею на основе желатина и натуральных кислот, которая может стать экологичным источником питания для гибкой носимой электроники и медицинских имплантатов. Новая разработка призвана сократить объем токсичных электронных отходов, образующихся при утилизации традиционных батарей. Исследователи задались вопросом, можно ли создать производительный источник энергии, который одновременно был бы растяжимым и разлагался в окружающей среде.
Ключевой задачей стала замена электродов из токсичных тяжелых металлов на биодеградируемые материалы без потери производительности. Хотя магний и молибден разлагаются легче, чем тяжелые металлы, они обычно демонстрируют более низкую эффективность. Предыдущие конструкции на основе магния сталкивались с проблемой образования блокирующего реакцию слоя на поверхности металла, что снижало напряжение и срок службы. Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи использовали природные кислоты – лимонную и молочную. При смешивании с желатином эти кислоты предотвращали формирование барьерного слоя и значительно повышали выходную мощность батареи. Идея использовать лимонную кислоту пришла из детского эксперимента с созданием батарейки из лимона.
Для обеспечения гибкости, необходимой для повседневного использования, кислоты были помещены в желатиновую основу, создав мягкий электролит. Затем для придания батарее растяжимости на нее был нанесен особый узор, напоминающий технику киригами (искусство вырезания из бумаги). Эта геометрическая прорезь позволяет материалу растягиваться и скручиваться без разрывов. В ходе испытаний батарея с узором киригами растягивалась до 80 процентов без потери производительности. В качестве практической демонстрации команда подключила батарею к датчику давления, носимому на пальце. Устройство выдавало около 1,3 вольт, что немного меньше, чем у стандартной батарейки AA, но достаточно для работы носимой электроники. Исследователи отмечают, что разработка подходит для имплантируемых медицинских устройств, мягких носимых гаджетов и гибких сенсоров для интернета вещей. Следующими шагами станут миниатюризация конструкции для имплантатов, повышение общей производительности и объединение батареи с полностью биодеградируемыми электронными схемами для решения растущей проблемы электронных отходов.
Результаты исследования в журнале Advanced Energy and Sustainability Research.