Forscher der McGill University in Kanada haben kürzlich eine neue abbaubare Batterie demonstriert. Sein Design ist von der „Zitronenbatterie“ inspiriert, die häufig in naturwissenschaftlichen Experimenten der Mittelschule verwendet wird, und verwendet saure Substanzen, um die Leitfähigkeit des Elektrolyten zu verbessern. Das Team verwendete Gelatine als Elektrolytträger in Kombination mit organischen Säuren wie Zitronensäure in Zitronen, um die Batterie umweltfreundlicher zu machen und gleichzeitig gute Leitfähigkeitseigenschaften beizubehalten.
Die Batterie verwendet Gelatine als Elektrolyt und Magnesium und Molybdän als Elektrodenmaterialien, die beide relativ schonend für die Bodenumgebung sind und sich mit der Zeit sicher zersetzen können. Die Forscher wiesen darauf hin, dass es bei alleiniger Verwendung von Magnesiumelektroden leicht zur Bildung einer Oberflächenschicht kommt, die die Reaktion zwischen Elektrolyt und Elektrode behindert. Durch die Zugabe organischer Säuren wie Zitronensäure und Milchsäure kann diese „Passivierungsschicht“ aufgebrochen und die Spannung und Lebensdauer der Batterie deutlich erhöht werden.
Nachdem das Materialsystem festgelegt war, griff das Team außerdem auf die japanische Kunst des „Kirigami“ zurück, um die Batterie in einem bestimmten Muster zu schneiden, sodass sie beim Strecken eine ähnliche dreidimensionale Struktur bildet. Durch diese Struktur kann die Batterie in Längsrichtung auf etwa 180 % ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden, während die Spannungsstabilität erhalten bleibt, und passt sich so den Flexibilitäts- und Passformanforderungen von tragbaren Geräten und implantierbaren Geräten im Körper an.
Um die Machbarkeit einer praktischen Anwendung zu überprüfen, stellten die Forscher einen einfachen Drucksensor her, der am Finger getragen und von dieser kleinen Batterie von etwa 1 × 1 cm angetrieben wird. Tests haben gezeigt, dass die Batterie den Sensor stabil betreiben kann und ihre Ausgangsleistung nur geringfügig niedriger ist als die einer Standard-AA-Batterie, was darauf hindeutet, dass ihre Fähigkeit zur Stromversorgung in Mikro-Wearable-Elektronik einen praktischen Wert hat.
Was die Umweltfreundlichkeit betrifft, so haben Experimente gezeigt, dass, wenn die Batterie nach ihrer Erschöpfung in eine Phosphatpufferlösung getaucht wird, ihr Elektrolyt und ihre Magnesiumelektrode grundsätzlich in weniger als zwei Monaten vollständig abgebaut werden, während die Molybdänelektrode langsamer abgebaut wird, sich aber auch mit der Zeit zersetzen kann. Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass dieser Erfolg ein Beweis dafür ist, dass Materialien wie Gelatine und organische Säuren zum Bau umweltfreundlicherer flexibler Batterien verwendet werden können, von denen erwartet wird, dass sie Elektroschrott und Schwermetallverschmutzung in zukünftigen tragbaren Geräten, medizinischen Implantaten und Internet-of-Things-Terminals reduzieren.