電池は、一般的に骨格と活物質で構成されています。 下 スケルトン ハウジングとセパレーターが含まれています。 セパレータは、2 つの電極 (アノードとカソード) を互いに分離する層です。 イオンは陽極と陰極の間で交換され、イオンの循環は、例えば苛性カリ (水酸化カリウム (KOH)) からなる電解質によって可能になります。 アノードとカソードの間のセパレーターは、短絡の発生を防ぎます。

材料の問題

通常の電池では、ケースはスチール製で、電極は酸化マンガンと亜鉛でできています。 セパレータは紙のような布でできており、電解液は苛性カリ（水酸化カリウム（KOH））でできています。 これらの材料のすべてが特に柔軟性があり、生物学的に適合しているわけではありません。特に、濃縮された苛性カリはそうではありません。 したがって、研究者はまず、拡張可能な生分解性バッテリーの個々の部品を特定および/または作成する必要がありました。

材料は、バッテリーを製造する必要がありました。つまり、電気化学的要件を備えていると同時に、健康に無害で、生分解性で、機械的に拡張可能でなければなりませんでした。 Kaltenbrunner は、これらすべての要件を満たす材料の膨大な選択肢はないと指摘しています。

研究者は、ケーシング用のエラストマーを合成しました – セバシン酸ポリグリセリン (PGS) – 伸縮性と生分解性があります。 たとえば、堆肥には、食物としての材料を必要とする酵素さえあります. シートは活物質 – アノードとカソード用に作られました マグネシウム と 酸化モリブデン 使用済み。 どちらの物質も無害であり、微量元素として体内にも存在します。 電解質とセパレーターは、生分解性のアルギン酸カルシウムゲルに置き換えられています。 ヒドロゲルであり、溶解塩 (塩化カルシウム) を含むため、アノードとカソードを機械的に分離し、イオンを伝導することができます。

幾何学的および機械的に伸縮性があります

陽極の材料を見つけることは特に困難でした。 それは金属でなければならないからです – そして金属は通常柔軟性がありません. 使用したものと同じ マグネシウムシート 拡張性がないという問題に直面しました。 これを回避するために、チームは 切り紙 on は、紙や板金などの硬い素材を幾何学的かつ機械的に伸ばす、正確に定義された日本の型抜き技術です。 それにもかかわらず、マグネシウム シートの弾力性は限られているままです、と Kaltenbrunner は説明します。 伸ばした状態でも、できるだけ多くの電極領域を使用できるようにする必要があります。 研究者によると、これが葉が電子を伝導して電気を供給する唯一の方法です。

Kaltenbrunner と彼のチームが開発した拡張可能な生分解性バッテリーのエネルギー密度は、1 平方センチメートルあたり 1.72 ミリワット時です。 に比べたら大したことない ポリマーリチウム電池、60倍のパワーを生み出します。 しかし、このエネルギー密度は、センサーに数時間エネルギーを供給するのに十分です。 たとえば、アスリートはこのバッテリーを使用して、トレーニングの進捗状況を分析できます。 センサーで皮膚のナトリウム含有量を測定し、そのデータをスマートフォンに送信できます。

水溶性および生分解性

使用後は、蓄えられたエネルギー全体を簡単に堆肥化できます。 材料は水溶性で、水に触れるとすぐに分解します。 テスト中、バッテリーは摂氏 37 度の水温にさらされ、11 週間後に 70% 以上分解されました。 健康分野での将来のアプリケーションに関しては、バッテリーが完全に無害であることが重要です。 原則として、飲み込むことさえでき、胃の中で完全に分解されます。

Kaltenbrunner と彼の博士課程の学生にとって、研究目的は達成されました。 すべての素材は伸縮性があり、環境に優しく、生分解性です。 しかし、彼らはより高いエネルギー密度を達成するために研究を続けたいと考えています。