Eine vollständig essbare und wiederaufladbare Batterie aus Lebensmitteln

Sie kann in der Gesundheitsdiagnostik, der Überwachung der Lebensmittelqualität und der essbaren Soft-Robotik eingesetzt werden

17.04.2023 - Italien

Ein Forscherteam des Istituto Italiano di Tecnologia (IIT - Italienisches Institut für Technologie) hat eine vollständig essbare und wiederaufladbare Batterie entwickelt, die aus Materialien besteht, die wir normalerweise mit unserer täglichen Nahrung zu uns nehmen. Die Proof-of-Concept-Batteriezelle wurde in einem Papier beschrieben, das kürzlich in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht wurde. Mögliche Anwendungen liegen in der Gesundheitsdiagnostik, der Überwachung der Lebensmittelqualität und der essbaren Soft-Robotik.

Die Studie wurde von der Gruppe von Mario Caironi durchgeführt, dem Koordinator des Labors für gedruckte und molekulare Elektronik des IIT-Zentrums in Mailand (Italien). Caironi hat sich auf die Untersuchung der elektronischen Eigenschaften von Lebensmitteln und deren Nebenprodukten konzentriert, um sie mit essbaren Materialien zu verbinden und neue essbare elektronische Materialien zu schaffen. Im Jahr 2019 erhielt Caironi einen ERC-Konsolidierungszuschuss in Höhe von 2 Mio. Euro für das ELFO-Projekt, das den Bereich der essbaren Elektronik erforscht.

Essbare Elektronik ist ein neu entstehender Bereich, der einen großen Einfluss auf die Diagnose und Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen sowie auf die Überwachung der Lebensmittelqualität haben könnte. Eine der interessantesten Herausforderungen bei der Entwicklung zukünftiger essbarer elektronischer Systeme ist die Realisierung essbarer Energiequellen.

Die Forschungsgruppe des IIT hat sich von den biochemischen Redoxreaktionen inspirieren lassen, die in allen Lebewesen ablaufen, und eine Batterie entwickelt, die Riboflavin (Vitamin B2, z. B. in Mandeln enthalten) als Anode und Quercetin (ein Nahrungsergänzungsmittel und Inhaltsstoff, der u. a. in Kapern enthalten ist) als Kathode verwendet. Um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, wurde Aktivkohle (ein weit verbreitetes rezeptfreies Medikament) verwendet, während der Elektrolyt auf Wasserbasis hergestellt wurde. Der Separator, der in jeder Batterie benötigt wird, um Kurzschlüsse zu vermeiden, wurde aus Nori-Algen hergestellt, wie sie in Sushi vorkommen. Dann wurden die Elektroden in Bienenwachs eingekapselt, aus dem zwei lebensmittelechte Goldkontakte (die von Konditoren verwendete Folie) auf einem Träger aus Zellulose hervorgehen.

Die Batteriezelle arbeitet mit 0,65 V, einer Spannung, die niedrig genug ist, um im menschlichen Körper keine Probleme zu verursachen, wenn sie eingenommen wird. Sie kann 12 Minuten lang einen Strom von 48 μA oder mehr als eine Stunde lang einige Mikroampere liefern, was ausreicht, um kleine elektronische Geräte, wie z. B. Low-Power-LEDs, für eine begrenzte Zeit mit Strom zu versorgen.

Dieses Beispiel einer vollständig essbaren wiederaufladbaren Batterie, der ersten, die jemals hergestellt wurde, würde die Türen zu neuen essbaren elektronischen Anwendungen öffnen.

"Künftige potenzielle Anwendungen reichen von essbaren Schaltkreisen und Sensoren zur Überwachung des Gesundheitszustands bis hin zur Versorgung von Sensoren zur Überwachung der Lagerbedingungen von Lebensmitteln. Angesichts des Sicherheitsniveaus dieser Batterien könnten sie außerdem in Kinderspielzeug verwendet werden, wo ein hohes Risiko des Verschluckens besteht. Derzeit entwickeln wir bereits Geräte mit größerer Kapazität und geringerer Gesamtgröße. Diese Entwicklungen werden in Zukunft auch für die Versorgung von essbaren Soft-Robotern getestet", so der Forschungskoordinator Mario Caironi.

"Diese essbare Batterie ist auch für die Energiespeichergemeinde sehr interessant. Der Bau von sichereren Batterien ohne Verwendung von giftigen Materialien ist eine Herausforderung, der wir uns stellen müssen, da die Nachfrage nach Batterien stark ansteigt. Unsere essbaren Batterien werden zwar keine Elektroautos antreiben, aber sie sind ein Beweis dafür, dass Batterien aus sichereren Materialien hergestellt werden können als die derzeitigen Li-Ionen-Batterien. Wir glauben, dass sie andere Wissenschaftler dazu inspirieren werden, sicherere Batterien für eine wirklich nachhaltige Zukunft zu entwickeln", fügte Ivan Ilic, Mitautor der Studie, hinzu.

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