用食物做充電電池 孩子下肚也免驚
![義大利米蘭理工學院研發出一種可食用的充電電池材料,希望解決兒童誤食和環保問題。右上為完整電池,下方為電池材料,有活性碳、杏仁、槲皮素、硫酸氫鈉溶液、海苔、乙基纖維素和金箔。(IIT-Istituto Italiano di Tecnologia) 義大利米蘭理工學院研發出一種可食用的充電電池材料,希望解決兒童誤食和環保問題。右上為完整電池,下方為電池材料,有活性碳、杏仁、槲皮素、硫酸氫鈉溶液、海苔、乙基纖維素和金箔。(IIT-Istituto Italiano di Tecnologia)](https://img.epochtimes.com.tw/upload/images/2023/05/25/616032_medium.jpeg)
全球一次性電池每年約消耗150億個,不但汙染環境,且幾乎每天會出現幼兒誤食電池情況。義大利米蘭理工學院(IIT)研發可食用電池,由杏仁、酸豆、活性炭、海藻、金箔和蜂蠟等食品級材料製成,可以完全消化,無毒無害。
可食用電池既可替代玩具使用的傳統有毒電池,又可用於醫療保健機器人或生物感測器(特別是侵入性較高的腸胃鏡檢查),讓醫療器具比以往更安全,即使滯留體內也不會傷害生命。
米蘭理工學院這項研究已獲得歐洲研究委員會的資助。這種食用電池可能是世界上第一款,相關論文已發表在《先進材料》期刊上。
靈感來自氧化還原反應
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,源自生物體內酵素、器官和分泌物在消化食物時會發生的「氧化還原反應」。
過去開發的可食用電池無法充電,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,但缺點是人體每天攝取的錳最多僅3毫克,因此不能用於生物感測器,且這種電池電位過低。
維生素B2等組成電池
米蘭理工學院研究團隊用核黃素(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。
研究團隊還用槲皮素(存在於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)一起做成集電極(匯集電流的結構),而陰陽電極則用可食性的蜂蠟進行封裝。
低電壓 不會損害人體
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。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‧卡洛尼(Mario Caironi)表示,兒童玩具中的電池被誤食的風險很高,必須考量食用電池的安全性。
卡洛尼也提到,這種可食用電池未來可用於監測健康狀況的感測器,以及供電給監測食品儲存條件的感測器。「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體機器人提供動力的可食用電池。」
研究合著者伊凡.伊里奇(Ivan Ilic)補充說,雖然可食用電池還不能為電動汽車提供動力,但已證明這款電池遠比鋰離子電池安全,相信這將激勵其他科學家做出更安全的電池。◇