Čína vytvorila biobatériu, ktorá je poháňaná baktériami, sama sa nabíja a dosahuje 99 % účinnosť
Nová batéria môže priniesť nové možnosti liečby.
Výskumníci z Čínskej akadémie vied vytvorili biologickú batériu, ktorá je tvorená z elektroaktívnych mikroorganizmov. Táto batéria poskytuje jedinečné výhody pri monitorovaní fyziologických funkcií či dodávaní energie pre implantované zariadenia.
Batéria sa dokáže fantasticky prispôsobiť v tele a je s ním kompatibilná, vďaka čomu nehrozí riziko odmietnutia batérie ako implantátu. Výskumníci vysvetľujú, že aj dnes je problémom vytvoriť miniaturizované a prenosné biobatérie, ktoré by sa len zapojili do medicínskeho implantátu a boli by s ním kompatibilné.
V rámci nového výskum sa rozhodli vedci túto výzvu pokoriť. Podarilo sa im vyvinúť miniaturizovanú a prenosnú biobatériu, ktorá navyše poskytuje presnú kontrolu nad biolelektrickou stimuláciou a fyziologickými signálmi krvného tlaku.
Prelomová biologická batéria
Výskumníci pri vývoji batérie použili mikroorganizmy Shewanella oneidensis. Tie sa nachádzali v MR-1 biofilmoch, ktoré vedci obalili v hydrogéli. Táto hydrogélová štruktúra môže byť následne vytlačená pomocou 3D tlačiarenských metód. Vytlačenie štruktúru výskumníkom dovoľuje navrhnúť vlastné jedinečné geometrie. Tento proces bol inšpirovaný výrobou lítium-iónových batérií.
Biofilmy mikroorganizmov boli uzavreté v alginátových hydrogéloch, ktoré možno 3D tlačiť do ľubovoľných tvarov.
Nová biologická batéria, ktorú vytvorili čínski vedci, má naozaj miniatúrne rozmery, jej priemer je len 20 milimetrov a na výšku meria 3,2 milimetra. Napriek malej veľkosti dokáže vytvárať elektrinu pomocou špeciálnych baktérií, ktoré premieňajú živiny na energiu. Tento proces sa nazýva metabolická aktivita, baktérie jednoducho „jedia“ a pri tom vzniká prúd.
Neprehliadni
Vedci vysvetľujú, že vďaka tomu sa batéria dokáže sama dobíjať, a to až počas 10 opakovaných cyklov. Zároveň zistili, že celý systém funguje podobne ako klasická batéria, teda sa dá opakovane nabiť a vybiť. Preto ho obrazne nazývajú „pseudobatéria“, čo znamená, že ide o biologický systém, ktorý napodobňuje fungovanie bežnej batérie, hoci je založený na živých mikroorganizmoch.
Takáto pseudobatéria zvládne až 50 cyklov nabitia a vybitia s účinnosťou 99,5 %, čo znamená, že počas každého cyklu sa stratí len minimálne množstvo energie. Energetická hustota tejto biobatérie je 0,008 Wh na liter, čo je síce menej ako pri tradičných lítium-iónových batériách, no ide o ekologickú alternatívu, ktorá nevyužíva vzácne ani nebezpečné materiály.
Vďaka vysokej biokompatibilite a prispôsobivosti je vhodná aj na použitie priamo v ľudskom tele.
Rovnako sa pri výrobe nepoužívajú ani potenciálne nebezpečné zložky, ako mangán alebo organické elektrolyty.
Výskumníci taktiež zisťovali, či možno biobatériu použiť na stimuláciu nervov. Zamerali sa na sciatický a vágusový nerv. Ukázali, že tieto nervy dokážu kontrolovať mimoriadne presne a mohli by túto funkciu biobatérie napríklad využiť pri vývoji nových terapií.
Prelom v oblasti batérií
Výskumníci z ION Storage Systems predstavili v nedávnej štúdii ďalší výrazný míľnik v batériovom priemysle, hoci nejde o biologickú batériu. Ich pokrokom je viacvrstvová keramická solid-state batéria. Komerčná poloautomatizovaná produkcia tejto batérie predstavuje najnovší míľnik na ceste ku komercializácii tejto technológie.
Solid-state batérie sa líšia od bežne používaných lítium-iónových batérií tým, že namiesto tekutého elektrolytu používajú pevný elektrolyt. Sú teda bezpečnejšie a v prípade tejto konkrétnej batérie dokázali výskumníci zväčšiť kapacitu batérie až o 25-násobok. Počas testov sa životnosť batérie udržala vo vynikajúcom stave aj po tisíc nabíjacích cykloch.
Výskumníci postupom času prešli z jednovrstvového solid-state prototypu na viacvrstvové batériové články, ktoré sa môžu ukladať na seba. Zároveň treba spomenúť, že viacvrstvovú solid-state batériu výskumníci vyrobili s pomocou poloautomatizovanej linky a vybavenia, ktoré sa podobá na vybavenie pri výrobe typických lítium-iónových batérií.
Nová batéria by mohla nájsť široké spektrum uplatnenia, od priemyslu až po využitie spotrebiteľmi. Nová viacvrstvová keramická solid-state batéria ponúka výrazne vyššiu energetickú hustotu ako lítium-iónové batérie. V rámci výrobného procesu našli vedci spôsob, ako sa vyhnúť komplexnej kompresii batérie alebo použitiu zložitých chladiacich systémov.
Podarilo sa im vytvoriť batériu bez anódy, ktorá je výkonnejšia ako lítium-iónová batéria a jej výroba so sebou nesie menšiu uhlíkovú stopu. Zároveň výskumníci zdôrazňujú, že pri výrobe neobetovali prirodzene vyššiu bezpečnosť keramických solid-state batérií. Lítium-iónové batérie sú najpoužívanejšími batériami na trhu a používajú sa v drvivej väčšine zariadení, od smartfónov, notebookov, až po rôzne smart a nositeľné zariadenia. Lítium-iónové batérie však prirodzene degradujú a postupne strácajú svoju kapacitu.
Jedno z vylepšení keramickej solid-state batérie je jedinečný pórovitý uhlíkový materiál s pridaným dusíkom. Tento materiál urýchľuje nabíjanie lítium-sírovej batérie. Materiál zároveň slúžil ako hostiteľ pre síru v rámci batérie. Výskumníci vysvetľujú, že takáto batéria vykazovala naozaj pozoruhodný výkon. Viac sa dočítaš o batérií v našom článku.
Komentáre