Что, если будущие носимые гаджеты и даже медицинские импланты будут работать от батареек, которые не нужно утилизировать — они просто растворятся в окружающей среде? Исследователи из Института устойчивых инженерных решений имени Троттье при Университете Макгилла предложили шаг в эту сторону: гибкую, экологичную батарею на основе кислот, желатина и биоразлагаемых металлов. Она не только гнётся и растягивается, но и со временем естественно разрушается, не оставляя после себя токсичных отходов.
Современные носимые устройства потребляют огромное количество батареек. Когда они перестают работать, их просто выбрасывают — и миллионы таких элементов отправляются на свалки. Тяжёлые металлы из традиционных аккумуляторов могут загрязнять почву и воду, а переработка часто оказывается дорогой и нерентабельной. Поэтому команда задумалась: можно ли создать батарею, которая будет безопасной для экосистемы и при этом не уступит в эффективности?
Как работает биобатарея
Вместо тяжёлых металлов исследователи использовали магний и молибден — элементы, которые способны разлагаться гораздо быстрее. Однако у таких решений есть слабое место: на поверхности магния обычно образуется защитный слой, блокирующий реакцию и уменьшающий срок службы батареи.
Здесь на сцену выходят природные кислоты — лимонная и молочная. В сочетании с желатином они предотвращают образование этого барьера и ощутимо повышают напряжение и продолжительность работы элемента питания. Идея, как ни удивительно, родилась из классического школьного эксперимента с «лимонной батарейкой».
Гибкость по принципу киригами
Биобатарея должна быть не только безопасной, но и удобной для носимых устройств. Чтобы придать конструкции эластичность, учёные применили технику киригами — геометрические разрезы, позволяющие материалу растягиваться и скручиваться без разрывов. В испытаниях батарея выдержала растяжение до 80% без потери производительности.
В тестовом проекте элемент питания обеспечил около 1,3 вольта — немного меньше, чем стандартная батарейка AA, но достаточно, чтобы запитать сенсор давления. Более того, разработчикам удалось создать сенсорный гаджет, надеваемый на палец, который успешно работал от новой батареи.
Где может пригодиться технология
Гибкость, безопасность и биоразлагаемость делают такое решение перспективным для:
- мягких носимых устройств,
- имплантируемых медицинских систем,
- гибких датчиков Интернета вещей.
В дальнейшем команда планирует уменьшить размеры батареи для имплантов, повысить её энергетическую плотность и объединить с полностью биораспадаемыми электронными схемами.
Разработка открывает путь к электронике, которая не станет грузом для планеты. Если технологии удастся выйти на массовое производство, часть проблемы электронных отходов действительно может быть решена — особенно в странах, где переработка практически отсутствует.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Energy and Sustainability Research.
