Wie schmeckt die neue essbare Batterie? Hühnergeschmack und knusprig?

Prüfungsexperte: Wang Jinlu, Forschungs- und Entwicklungsleiter für Energie, Shenzhen Lingkang Technology Co., Ltd.

Wenn ein Kind ruhig ist, muss es etwas im Schilde führen.

Wer Kinder zu Hause hat, weiß, dass neugierige Menschenbabys sich oft nicht damit zufrieden geben, die Welt nur mit ihren Augen und Ohren zu erkunden. Sie sind neugierig, ob Spielzeug-Buckybälle so süß sind wie Bonbons, ob sie sich verwandeln können, nachdem sie Ultraman-Modelle gegessen haben … Die kleinen Spielzeuge und Kleinteile, die überall im Haus verteilt sind, könnten zu ihren „Snacks“ werden.

Handelt es sich um ein kleineres elektronisches Gerät wie beispielsweise eine Batterie , kann es nicht nur in der Luftröhre stecken bleiben und Husten und Atembeschwerden verursachen, sondern die darin enthaltenen giftigen Substanzen wie Quecksilber und Blei können auch irreversible Schäden am Körper des Kindes verursachen.

Ist es also möglich, Batterien in ungiftige, harmlose und sogar essbare Materialien umzuwandeln?

Kürzlich ist es Wissenschaftlern des italienischen Technologieinstituts gelungen, die weltweit erste vollständig essbare wiederaufladbare Batterie mit Elektrolyt auf Wasserbasis zu entwickeln. Die Substanzen, aus denen diese Batterie besteht, sind allesamt gängige Nahrungsmittelmaterialien wie Riboflavin, Quercetin, Seetang usw. Dieses Forschungsergebnis hat einen Anwendungswert in den Bereichen Gesundheitsqualität und Lebensmittelqualitätsprüfung und hat eine solide Grundlage für die Entwicklung essbarer elektronischer Geräte und weicher Roboter gelegt. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht.

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Der Grundaufbau einer Batterie

Batterien können ihre gespeicherte Energie in nutzbaren Strom umwandeln . Mit der innovativen Entwicklung der Materialwissenschaften hat sich auch die in Batterien gespeicherte Energie von chemischer Energie im herkömmlichen Sinne auf sauberere und effizientere Energie ausgeweitet, wie etwa Wasserkraft (Pumpspeicherung), kinetische Energie (Schwungrad-Energiespeicherung) und Luft (Zink-Luft-Batterien).

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Generell besteht eine Batterie aus sechs Teilen: positive Elektrode, negative Elektrode, Elektrolyt, Separator, Isolierschicht und Behälter. Beim Laden der Batterie finden an der positiven bzw. negativen Elektrode Oxidations- und Reduktionsreaktionen statt, bei denen kontinuierlich Elektronen transportiert und empfangen werden.

Der gleiche Batterietyp weist auch unterschiedliche Verpackungsstrukturen auf. Am Beispiel der äußerst verbreiteten Lithiumbatterie lassen sich im Wesentlichen drei Formen unterscheiden: zylindrisch, quadratisch und Softpack.

Obwohl die Spezifikationen der Batterien unterschiedlich sind, bestehen die positiven Elektrodenmaterialien der meisten Lithiumbatterien aus Lithiumkobaltoxid, Lithiummanganoxid, Lithiumeisenphosphat und ternären Materialien (Polymere aus Nickel, Kobalt und Mangan). Die Materialien der negativen Elektrode bestehen hauptsächlich aus natürlichem und künstlichem Graphit.

Unter anderem ist das in Lithiumkobaltoxid enthaltene Kobaltelement radioaktiv und schädlich für den menschlichen Körper und die Umwelt. Bei der Herstellung von Großbatterien ist die Sicherheit des Produktionsprozesses nur schwer zu gewährleisten. Aufgrund der Eigenschaften von Mangan ist Lithiummanganoxid gegenüber Umgebungen mit hohen Temperaturen nicht beständig. Aufgrund von Auflösungsproblemen bei hohen Betriebstemperaturen ist die Lebensdauer kurz und während des Lade- und Entladevorgangs kommt es zu struktureller Instabilität. Das größte Problem bei ternären Materialien ist ihre Sicherheit, die nicht ignoriert werden kann.

Essbare wiederaufladbare Batterien

Im Gegensatz zu gewöhnlichen wiederaufladbaren Batterien bestehen essbare wiederaufladbare Batterien aus essbaren Materialien, die im täglichen Leben häufig vorkommen.

Das Forschungsteam ließ sich von den Redoxreaktionen inspirieren, die in allen Lebewesen auftreten, und von den positiven und negativen Reaktionen, die beim Betrieb von wiederaufladbaren Batterien auftreten. „Das Herzstück des Geräts besteht aus zwei Elektroden. Damit es funktioniert, haben wir zwei Materialien verwendet, zwei Moleküle. Die Anode ist Riboflavin; die Kathode ist Quercetin, ein Extrakt, das in Kapern vorkommt“, erklärt Mario Chironi, ein Forscher des Projekts.

Riboflavin (Vitamin B2) ist ein wasserlösliches Vitamin, das in Milch, Tierleber, Fisch, Eiern und angereicherten Getreideprodukten reichlich vorkommt. Es kann als Redoxträger fungieren und Wasserstoff und Elektronen in Prozessen wie der Dehydrierung von Aminosäuren und der Oxidation von Purinen übertragen. Bei Oxidationsreaktionen kann Riboflavin zwei Elektronen abgeben und wird daher als positives Elektrodenmaterial für essbare wiederaufladbare Batterien ausgewählt.

Quercetin ist ein natürliches Pigment, das in Obst, Gemüse und Getreide vorkommt. Es kommt häufig in Äpfeln, grünem Tee, Orangen, Birnen und grünem Gemüse vor. Gleichzeitig ist Quercetin auch eines der am häufigsten vorkommenden Antioxidantien in der Ernährung. Es besitzt die Fähigkeit, in einer Vielzahl von Zellen bei Tieren und Menschen Reduktionsreaktionen zu durchlaufen und wird daher als negatives Elektrodenmaterial für essbare, wiederaufladbare Batterien ausgewählt.

Die Forscher verwendeten Aktivkohle zusammen mit einem Elektrolyt auf Wasserbasis, um die Leitfähigkeit des Akkus zu verbessern und so dessen ordnungsgemäße Funktion zu ermöglichen. Der Separator der Batterie (der Teil jeder Zelle, der Kurzschlüsse verhindert) besteht aus Nori; Zwei Kontakte aus lebensmittelechter Goldfolie werden in Bienenwachs eingewickelt und auf einen aus Bienenwachs gewonnenen Träger aus Zellulose gelegt.

Quelle – Verwandtes Dokument: Die Betriebsspannung dieses Akkus liegt unter 0,65 Volt und ist für den menschlichen Körper ungefährlich. Es kann 12 Minuten lang ununterbrochen einen Strom von 48 Mikroampere oder über eine Stunde lang mehrere Mikroampere Strom liefern, was ausreicht, um einige kleine elektronische Geräte, wie beispielsweise einige LED-Leuchten mit geringem Stromverbrauch, in begrenzter Zeit mit Strom zu versorgen und aufzuladen.

Die Aussicht auf essbare wiederaufladbare Batterien

Mit der erfolgreichen Entwicklung der weltweit ersten essbaren wiederaufladbaren Batterie wurde auch die Forschung und Entwicklung von Anwendungen für essbare elektronische Geräte auf die Tagesordnung gesetzt. In naher Zukunft könnten essbare elektronische Schaltkreise und Sensoren in großem Umfang zur Überwachung des Gesundheitszustands, zur Diagnose und Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen, zur Messung und Aufzeichnung der Umweltbedingungen bei der Lagerung von Lebensmitteln und in anderen Bereichen eingesetzt werden.

Aufgrund der Eigenschaften essbarer elektronischer Geräte selbst sind sie äußerst sicher . Da bei Kinderspielzeug ein extrem hohes Risiko des versehentlichen Verschluckens besteht, können bei der Entwicklung und Herstellung von Kinderspielzeug auch essbare elektronische Schaltkreise und Sensoren verwendet werden.

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Tatsächlich entwickeln Forscher bereits Geräte mit größerer Kapazität und kleinerer Größe, und diese Entwicklungen werden in Zukunft auch essbaren elektronischen Schaltkreisen, Sensoren und sogar essbaren Softrobotern viel Leistung verleihen.

Darüber hinaus sind die Entwicklung sauberer Energie und die Erreichung eines höheren Niveaus an Energieeinsparung und Energiespeicherung wichtige Themen für eine nachhaltige Entwicklung in allen Ländern, und die Forschung und Entwicklung essbarer Batterien hat in dieser Hinsicht ebenfalls einen potenziellen Wert.

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Obwohl diese essbaren, wiederaufladbaren Batterien derzeit nicht für den Betrieb großer Geräte wie Elektrofahrzeuge geeignet sind, stellen sie doch eine sicherere und umweltfreundlichere Methode zur Herstellung von Batterien dar, die zudem einen äußerst hohen Forschungswert und Entwicklungsaussichten bietet.