電池用途極為廣泛,每年全球僅一次性電池的需求量就高達1500億個左右,對環境的影響顯而易見。此外,幼童誤食電池的事件也屢見不鮮。目前,意大利一所大學研發出一種完全可食用的電池,大大提高了電池使用的安全性。

這款可食電池是無毒的,全部採用食品級材料製作,可以取代在玩具上使用的傳統有毒電池,同時也可應用於醫療護理機器人或生物感測器上(特別是具有高入侵性的胃鏡檢查),使得機器人使用更加安全,即使滯留在人體內也不會造成生命危害。

這項創新研究由具有160年歷史、並且是意大利最大的科技學院、米蘭理工學院(IIT)所主導。這項研究獲得了歐洲研究委員會的資助,並於今年3月在《先進材料》期刊上發表,這可能是世界上的第一款可食用電池。

電池主要由陽極、陰極、導電材料、電解質、隔離板(防止短路)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」。

過去開發的可食但不可充電的電池,採用黑色素作為陽極,錳氧化物作為陰極,讓氧化錳被還原,黑色素被氧化。但問題在於,人體每天能攝取的錳含量最高只有3毫克,因此不能用於生物傳感器,且這種電池電位過低。

現在,研究人員使用核黃素(也稱維生素B2,可以從杏仁中提取)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,之前已經被用作鋰電池的陽極材料,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。

他們還使用槲皮素(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,其氧化還原活性達到0.5V的電壓和18mAh/g的放電容量。

在可食活性碳中加入核黃素和槲皮素,是為了提高電池的導電性。此外,電解質則使用含有硫酸氫鈉(一種弱酸性食用鹽)的水溶液,並以海苔製成的紫菜海藻作為電池中的隔離板,而電極觸點則選用可食用金箔,與乙基纖維素(一種不溶於水的食品添加劑)一起製成集電體(用於匯集電流的結構),陰陽極則採用食用蜂蠟進行封裝。

這些材料組成的全新食用電池,可以在外部充電,反覆使用。該電池的工作電壓為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。此外,由於其低電壓特性,在人體分解時,不會對人體造成損害或影響。

IIT的印刷和分子電子實驗室協調員,馬里奧‧凱羅尼博士,在對米蘭理工學院新聞社的回應中表示,「兒童玩具中的電池被誤食的風險很高,我們必須考慮其安全性。」

凱羅尼也進一步表示,「這種可食用電池未來有潛力被應用於監控健康狀況的傳感器,以及為監測食品儲存狀態的傳感器提供電力。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。」

這項研究的合著者,伊萬‧伊利奇博士也補充道,「雖然我們的可食用電池還不能為電動汽車提供動力,但我們已經證明了這種電池比鋰離子電池更安全,因此我們相信這將鼓舞其他科學家開發出更安全的電池。」