Вы, вероятно, знаете, что просто выбрасывать разряженные батарейки в мусор — это нехорошо : со временем они разлагаются на свалках, выделяя токсичные тяжёлые металлы, загрязняя почву и близлежащие водоёмы. К счастью, теперь по всему миру есть предприятия по переработке электронных отходов, которые могут предотвратить загрязнение окружающей среды. Но ведь можно же производить и более безопасные батарейки, которые разлагаются естественным путём, не так ли?
Именно это побудило исследователей из канадского Университета Макгилла разработать экологичную альтернативу. Вдохновившись детскими научными проектами, в которых для питания лампочки использовались лимон и медная проволока, небольшая группа исследовала, как лимонная кислота может улучшить электролит на основе желатина, увеличив его проводимость.
Итак, в аккумуляторе в качестве электролита используется желатин, а в качестве электродов — магний и молибден. Оба эти элемента относительно безвредны и могут безопасно разлагаться в почве. Само по себе это не сработает, поскольку «магний может образовывать плёнку, которая блокирует реакцию между электролитом и электродом», — пояснил аспирант Цзюньчжи Лю, проводивший испытания аккумуляторов для исследования, опубликованного в журнале Advanced Energy and Sustainability Research в августе этого года.
Лю последовал совету научного руководителя Шармиштхи Бхадры, которая сказала: «Многие в детстве делают лимонную батарейку. В лимоне достаточно ионов, чтобы проводить электричество. Я предложил Джунжи изучить лимонную кислоту».
Инженеры обнаружили, что смешивание лимонной и даже молочной кислоты с желатиновым электролитом разрушает слой, накопленный на магниевом электроде. Это увеличивает срок службы и напряжение аккумулятора.
Уникальная способность этой батареи растягиваться позволяет использовать ее в широком спектре носимых устройств и медицинских имплантатов. Изображение предоставлено исследователями.
Это само по себе интересно. Что ещё интереснее, после того, как команда смешала обе кислоты в желатиновом электролите, исследователи разрезали батарею по узору, вдохновлённому киригами — японским искусством складывания и вырезания из бумаги трёхмерных фигур. Это позволило батарее растягиваться до 80% от первоначальной длины, сохраняя при этом стабильное напряжение.
Чтобы проверить это, команда разработала простой датчик давления, который можно было носить на пальце, и питала его от батарейки. Батарейка размером 0,4 x 0,4 дюйма (1 x 1 см) успешно питала носимое устройство, вырабатывая лишь немного меньше энергии, чем стандартная батарейка размера AA.
Батарея была протестирована с помощью носимого датчика давления на палец, который она успешно запитала. Изображение предоставлено исследователями.
Учёные также обнаружили, что при разряжении этой эластичной батареи и погружении её в фосфатный буферный солевой раствор её электролит и магниевый электрод полностью разложились менее чем за два месяца. Молибденовый электрод имеет более медленную скорость разложения, поэтому для его полного разложения требуется больше времени.
Тем самым команда продемонстрировала, что можно создать более экологичную батарею, которая поможет сократить количество электронных отходов и найдет применение в носимых устройствах, медицинских имплантатах и будущих устройствах Интернета вещей.
