据估计，美国每年有 30 亿块电池被丢弃。大多数这些电池最终都进入了垃圾填埋场，在那里它们将有毒物质泄漏到环境中。最近，意大利理工学院的马里奥·凯罗尼 (Mario Caironi) 及其同事创造了一种安全、绿色的替代品，展示了首款可食用的可充电电池。该团队表示，这种由食品衍生材料制成的电池可以为用于诊断和治疗胃肠道疾病以及监测食品质量的工具提供动力。
创造可食用电子产品，由可生物降解的成分制成的完全可消化的设备，是一项不断发展的事业。虽然可摄入设备，如含有摄像头或数字系统的药丸，已经在医疗保健中使用，但这些设备目前包含不可食用的组件，需要在使用后取回。
创建完全可食用的电子系统的最重大挑战之一是设计一种可安全食用且具有所需发电特性的电源。目前，大多数可吸收技术都达不到这一要求。Caironi说：“用于制造电池的具有合适电性能的食品级化学品的选择有限。”
核黄素（RF）是一种确实具有正确电学特性的可食用材料，它是一种存在于杏仁中的维生素。另一种是槲皮素（Q），一种存在于浆果、刺山柑和柑橘类水果中的抗氧化植物色素。Caironi和他的团队在他们的电池中使用了这两种材料。他们还使用了活性炭（AC），这是一种易消化的材料，通常由竹子或椰子壳制成；大多数寿司中都有褐藻；蜂蜡以及金箔，这是用来装饰烘焙食品的同一种。
该团队的电池具有类似三明治的结构，由两层金层压纤维素薄膜组成，中间由一层浸泡在盐水中的海藻隔开。每个金纤维素膜都部分涂有活性炭，其中混合了核黄素或槲皮素。这个结构被蜂蜡包裹着，金纤维素薄膜的未涂层端从两侧伸出。电池的RF-AC和Q-AC层充当阳极和阴极；盐水作为电解质；和黄金作为集电器。海藻将阳极和阴极相互电隔离，而蜂蜡则充当电池包装。
该团队通过将电池连接到不同的加热元件来测试电池的性能——这是一种评估电池性能的标准测试方法。测试表明，RF-AC和Q-AC层产生了稳定的电流。该团队还检查了电池的充电容量，通过数十次充放电循环，发现它在50多次循环后仍能保持所需的性能。他们发现，在0.65V（可以为可食用设备供电而不会损坏身体的电压）下，电池可维持48µA的电流12分钟。最后，该团队展示了串联连接的两个电池的功率足以点亮低功率LED或运行小型传感器。
英国苏塞克斯大学的电池技术开发物理学家Conor Boland表示，该演示表明可充电电池可以完全由可食用材料制成。他指出，大多数关于开发新电源的研究都集中在使它们更小而不是更安全或更环保上。他说：“在生产新技术时，我们需要更广泛地思考那些技术如何影响地球”，这就是Caironi的团队在这里所做的。宾夕法尼亚州卡内基梅隆大学的生物医学工程师Christopher Bettinger对此表示赞同。并指出，大多数目前可用的可食用设备至少包含一些对患者有潜在健康风险的材料。这项工作描述了开发可摄入设备专用材料的另一个步骤，可以提高这类医疗设备的安全性和实用性。
这项研究发表于《先进材料》杂志。
DOI:10.1002/adma.202211400
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