可食用充電電池面世 安全又環保

【2023年05月25日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)電池的用途極為廣泛,僅一次性電池全球每年的消耗量就在150億個左右,不但對環境造成污染,且幼兒誤食電池的危險情況也幾乎每天出現。目前,意大利一所大學研發的完全可食用電池,大大提高了電池使用的安全性。

可食用電池無毒無害,完全由食品級材料製成,既可替代用在玩具上的傳統有毒電池,又可用於醫療保健機器人或生物傳感器上(特別是入侵性較高的腸胃鏡檢查),讓機器人比以往更加安全,即使滯留體內也不會給生命帶來傷害。

從事這一研發的是擁有160年歷史的意大利規模最大的科技類大學米蘭理工學院(IIT)。這項研究已獲得歐洲研究委員會的資助。這種電池可能是世界上第一款,相關論文發表在今年3月的《先進材料》期刊上。

電池主要由陽極、陰極、導電材料、電解質、隔板(避免短路)和觸點組成。可食用電池的靈感來源於生物體內酵素、器官和分泌物在消化食物時會發生「氧化還原反應」。

以前開發的可食用但不可充電電池,用黑色素作為陽極,錳氧化物作為陰極,讓氧化錳被還原,黑色素被氧化,但缺點是人體每天能攝取的錳含量最多3毫克,因此不能用於生物傳感器,且這種電池電位過低。

這次,科研人員用核黃素(維生素B2,可從杏仁中提取)和活性碳混合,作為電池的陽極材料。核黃素是天然的氧化還原輔助因子,曾經被用於鋰電池的陽極材料,再加上出色的電容量保持率和良好的充放電性能,使這種材料能實現快速充電。

他們還用槲皮素(一種在酸豆中的食品補充劑,是天然的生長素)和活性碳混合,作為電池的陰極,其氧化還原活性出現0.5V的電壓和18mAh/g的放電容量。

核黃素和槲皮素加入可食用的活性碳,是增加電池導電性。另外,電解質則用含硫酸氫鈉(一種弱酸性的食用鹽)的水基溶液,並用紫菜海藻(海苔)製成電池中的隔板,而電極觸點則使用可食用金箔,與乙基纖維素(一種不溶於水的食品添加劑)一起做成集流體(匯集電流的結構),而陰陽電極則用可食性的蜂蠟進行封裝。

以上這些材料組成一顆完整的食用電池,能從外面進行充電,重複使用。這種電池的工作電壓在0.65V,每分鐘提供4微安(μA)的電流和高達7.2mAh/g的電池容量,這些足以為小功率LED或小型電子設備提供電力。另外,因低電壓特性,人體在分解時,不會損害或影響人體。

IIT中心印刷和分子電子實驗室協調員馬里奧‧凱羅尼(Mario Caironi)博士對米蘭理工學院新聞社表示,「兒童玩具中的電池被誤食的風險很高,我們必須考量它的安全性。」

凱羅尼還表示,「這種可食用電池未來可用於監測健康狀況的傳感器,以及為監測食品儲存條件的傳感器供電。實際上,我們已經在開發容量更大、體積更小的設備。今後我們還將測試為軟機器人提供動力的可食用電池。」

該研究的合著者伊萬‧伊利奇(Ivan Ilic)博士則補充表示,「雖然我們的可食用電池還不能為電動汽車提供動力,但已證明該電池遠比鋰離子電池更加安全,因此我們相信這將激勵其他科學家做出更安全的電池。」

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