فهرست مطالب
محققان دانشگاه مکگیل باتری لیمویی انعطافپذیر و زیستتجزیهشوندهای ساختهاند که با کاهش ضایعات الکترونیکی، مناسب پوشیدنیها و ایمپلنتهای پزشکی است و عملکرد قابل قبولی دارد.
به گزارش سرویس علمی تکناک، محققان موسسه تروتیه دانشگاه مکگیل موفق به ساخت یک باتری انعطافپذیر و دوستدار طبیعت شدهاند که از اسیدهای مشابه لیمو، ژلاتین و فلزات زیستتجزیهشونده ساخته شده و قادر است انرژی نسل بعدی گجتهای پوشیدنی و ایمپلنتهای پزشکی را تامین کند.
این باتری نه تنها قابلیت خم شدن و کش آمدن دارد، بلکه به طور طبیعی در محیط زیست تجزیه میشود و طراحی آن با هدف کاهش ضایعات گسترده ناشی از باتریهای دستگاههای پوشیدنی انجام شده است.
شارمیستا بهادرا، استاد مهندسی برق و کامپیوتر و سرپرست پروژه، میگوید: «در آزمایشگاه ما از تعداد زیادی باتری برای دستگاههای پوشیدنی استفاده میکنیم که در نهایت از کار میافتند و دور ریخته میشوند. این پروژه بررسی کرد که آیا میتوان باتریای ساخت که هم زیستتجزیهپذیر و کشسان باشد و هم عملکرد مناسبی داشته باشد.» تیم پژوهشی بر جایگزینی الکترودهای فلز سنگین موجود در باتریهای سنتی با مواد قابل تجزیه تمرکز کرده و در عین حال عملکرد باتری را ارتقا داده است.
اسیدها حلال مشکلات هستند
منیزیم و مولیبدن که در مفاهیم باتریهای زیستتجزیهشونده به کار میروند، نسبت به فلزات سنگین راحتتر تجزیه میشوند اما اغلب عملکرد پایینتری دارند. طراحیهای پیشین مبتنی بر منیزیم با مشکل ایجاد یک لایه بازدارنده روی فلز مواجه بودند که باعث کاهش ولتاژ و عمر باتری میشد. برای رفع این مشکل، محققان به دو اسید طبیعی، اسید سیتریک و اسید لاکتیک، روی آوردند. هنگامی که این اسیدها با ژلاتین ترکیب شدند، از شکلگیری آن لایه جلوگیری کردند و خروجی باتری را به طور قابل توجهی بهبود بخشیدند.
جونژی لیو، دانشجوی دکتری و سرپرست توسعه و آزمایش باتری، توضیح داد: «منیزیم میتواند لایهای ایجاد کند که واکنش بین الکترولیت و الکترود را متوقف میکند. ما دریافتیم که با استفاده از اسید سیتریک یا لاکتیک میتوان این لایه را شکست و طول عمر و ولتاژ باتری را افزایش داد.» ایده بهرهگیری از اسید سیتریک الهام گرفته از یک آزمایش علمی دوران کودکی بود. بهادرا افزود: «بسیاری در کودکی باتری لیمویی میسازند، جایی که سیم مسی به یک لامپ متصل میشود. من به جونژی پیشنهاد کردم که اسید سیتریک را بررسی کند.»
برای مطالعه بیشتر: کاهش زمان شارژ و افزایش عمر باتری خودروهای برقی با فناوری Dectravalve + ویدیو
بیشتر بخوانید: باتریهای آبی با کاتد پیشرفته؛ عمر طولانیتر و انرژی بیشتر
باتری لیمویی بسیار انعطافپذیر است
الگوی کیریگامی پیشتر در الکترونیک کشسان به کار رفته است، اما استفاده از آن در باتریهای زیستتجزیهشونده هنوز رایج نیست. آزمایشها نشان داد که این طراحی با الگوی کیریگامی تا ۸۰ درصد کش میآید بدون اینکه کارایی خود را از دست بدهد.
تیم پژوهشی برای نمایش کاربرد واقعی، باتری را به یک حسگر فشار متصل کرد. باتری توانست حدود ۱.۳ ولت تولید کند که کمی کمتر از ۱.۵ ولت باتری استاندارد AA است، اما برای راهاندازی دستگاههای پوشیدنی کافی بود. بهادرا توضیح داد: «میخواستیم ببینیم آیا میتوانیم یک دستگاه پوشیدنی یا حسگر واقعی را راهاندازی کنیم، بنابراین جونژی یک دستگاه لمسی طراحی کرد که روی انگشت پوشیده میشود و با این باتری کار میکند.» او افزود که این طراحی برای دستگاههای پزشکی قابل کاشت، پوشیدنیهای نرم و حسگرهای انعطافپذیر اینترنت اشیاء بسیار مناسب است.
کاهش زبالههای الکترونیکی
محققان اکنون به دنبال یافتن شرکای صنعتی برای توسعه این فناوری هستند. گامهای بعدی شامل مینیاتوری کردن طراحی برای استفاده در ایمپلنتها، ارتقای عملکرد کلی و ادغام باتری با مدارهای زیستتجزیهشونده خواهد بود. بهادرا توضیح داد: «هدف اصلی ما مقابله با مشکل روزافزون ضایعات الکترونیکی است.
اگر به زبالهدانیها نگاه کنید، حجم عظیمی از دستگاههای الکترونیکی دور ریخته شده را خواهید دید که سالها انباشته شدهاند. ما در زمینه بازیافت عملکرد مناسبی نداریم و بخش بزرگی از این زبالهها به کشورهای کمدرآمد منتقل میشود. شاید بتوانیم بخشی از این مشکل را با توسعه دستگاههای الکترونیکی زیستتجزیهشونده حل کنیم.»
نتایج این تحقیق در مجله Advanced Energy and Sustainability Research منتشر شده است.
