Chef speciale del giorno: batteria ricaricabile

Ogni anno negli Stati Uniti vengono smaltiti circa 3 miliardi di batterie. La maggior parte di queste batterie finisce nelle discariche, dove i loro materiali tossici si disperdono nell’ambiente. Ora Mario Caironi dell’Istituto Italiano di Tecnologia e colleghi hanno creato un’alternativa sicura ed ecologica, dimostrando la prima batteria commestibile ricaricabile al mondo. [1]. Il team afferma che la batteria, realizzata con materiali derivati ​​dal cibo, può alimentare strumenti utilizzati per diagnosticare e curare malattie del tratto gastrointestinale e monitorare la qualità del cibo.

La creazione di elettronica commestibile – dispositivi completamente digeribili realizzati con componenti biodegradabili – è un’impresa in crescita. Mentre i dispositivi ingeribili, come i dischi contenenti fotocamere o sistemi digitali, sono già utilizzati nel settore sanitario, questi dispositivi attualmente contengono ingredienti non commestibili che devono essere ritirati dopo l’uso.

Una delle sfide più importanti nella creazione di un sistema elettronico commestibile è progettare una fonte di energia che sia sicura da mangiare e abbia le necessarie caratteristiche di generazione di energia. Attualmente, la maggior parte delle tecnologie digeribili non soddisfa questo requisito. “Esiste un gruppo limitato di prodotti chimici per uso alimentare con proprietà elettriche adatte alla costruzione di una batteria”, afferma Caironi.

Una sostanza commestibile che ha le corrette proprietà elettriche è la riboflavina (RF), una vitamina che si trova nelle mandorle. Un altro è la quercetina (Q), un pigmento vegetale antiossidante che si trova nelle bacche, nei capperi e negli agrumi. Caironi e il suo team hanno utilizzato questi due materiali nella loro batteria. Hanno anche usato carbone attivo (AC), una sostanza indigesta solitamente ricavata da bambù o gusci di cocco; alga nori, che si trova nella maggior parte dei sushi; cera d’api; e lamina d’oro, la stessa usata per decorare i prodotti da forno.

La batteria del team ha una struttura simile a un sandwich composta da due membrane di cellulosa laminate in oro separate da uno strato di alghe che è stato immerso nella salamoia. Ogni film di cellulosa d’oro è parzialmente rivestito con AC in cui è stato miscelato RF o Q. Questa struttura è rivestita con cera d’api, con le estremità non rivestite dei film di cellulosa d’oro che appaiono sui lati. Gli strati RF–AC e Q–AC della batteria fungono da anodo e catodo; acqua salata come elettrolita; E oro come collezionista attuale. L’alga isola elettricamente l’anodo e il catodo l’uno dall’altro mentre la cera d’api funge da rivestimento per la batteria.

Il team ha testato le proprietà della batteria collegando la batteria a diversi elementi riscaldanti, un metodo di prova standard per valutare le prestazioni delle batterie. Il test ha dimostrato che gli strati RF – AC e Q – AC generano una corrente stabile. Il team ha anche esaminato la capacità di ricarica della batteria, l’ha sottoposta a dozzine di cicli di carica-scarica e ha scoperto che ha mantenuto le prestazioni richieste per più di 50 cicli. Hanno scoperto che a 0,65 volt, una tensione che può alimentare un dispositivo commestibile senza danneggiare il corpo, la batteria mantiene una corrente di 48 µA per 12 minuti. Infine, il team ha dimostrato che due batterie collegate in serie sono abbastanza potenti da accendere un LED a bassa potenza o attivare un piccolo sensore.

La dimostrazione mostra che le batterie ricaricabili possono essere realizzate solo con materiali commestibili, afferma Connor Boland, fisico dell’Università del Sussex, nel Regno Unito, che sviluppa tecnologie per le batterie. Sottolinea che la maggior parte della ricerca sullo sviluppo di nuove fonti energetiche si concentra sul renderle più piccole, non più sicure o più verdi. “Quando produciamo nuove tecnologie, dobbiamo pensare in modo più ampio a come lo facciamo [those technologies] colpisce il pianeta “, che è ciò che il team di Caironi sta facendo qui, dice. Christopher Pittinger, ingegnere biomedico presso la Carnegie Mellon University in Pennsylvania, è d’accordo. Sottolinea che la maggior parte dei dispositivi commestibili attualmente disponibili contiene almeno del materiale che presenta rischi per la salute “Questo lavoro descrive un altro passo nello sviluppo di materiali specifici per l’applicazione da utilizzare in dispositivi ingeribili che potrebbero migliorare la sicurezza e l’utilità di questa classe di dispositivi medici”, afferma.

Anna Napolitano

Anna Napolitano è una giornalista scientifica freelance con sede a Londra, Regno Unito.

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