Miniaturowa miękka bateria litowo-jonowa wykonana z kropelek
University of Oxford
Najmniejsza miękka bateria litowo-jonowa, jaka kiedykolwiek powstała, składa się zaledwie z trzech maleńkich kropelek utworzonych z hydrożelu bazującego na jedwabiu. Ta niewielka bateria jest w stanie dostarczyć impuls elektryczny, podobny do tego w defibrylatorach, do bijących serc myszy, a także pełnić funkcję stymulatora serca. Jednak jej potencjalne zastosowania mogą obejmować zasilanie implantów biomedycznych oraz elektroniki noszonej przez ludzi.
„Nasza maleńka bateria mogłaby być używana jako implantowalna bateria mikrorobotyczna, którą można by przesuwać do określonych miejsc za pomocą pola magnetycznego, a następnie uwalniać energię do przeprowadzania zabiegów medycznych” – mówi Yujia Zhang z Uniwersytetu Oksfordzkiego.
Zhang i jego zespół zaprojektowali te miniaturowe baterie jako trzy połączone kropelki, które mogą samoistnie składać się w roztworze po wstrzyknięciu odpowiednich składników za pomocą mikrostrzykawki. Jedna kropla zawiera cząsteczki tlenku litu i manganu i działa jako ujemna elektroda baterii, druga kropla zawiera cząsteczki tytanianu litu i pełni rolę dodatniej elektrody. Kropla centralna, wypełniona chlorkiem litu, oddziela te elektrody. Aktywacja baterii następuje po naświetleniu promieniowaniem UV, które powoduje przerwanie warstw oddzielających kropelki, umożliwiając przepływ jonów litu między nimi.
Te kroplowe baterie są dziesięciokrotnie mniejsze pod względem długości niż wcześniejsze miękkie baterie litowo-jonowe. Mając zaledwie 600 mikrometrów, są około sześciokrotnie szersze niż ludzki włos. Co więcej, ich objętość jest 1000 razy mniejsza niż w przypadku podobnych elastycznych baterii litowo-jonowych. Dzięki temu, że centralna kropla może zawierać cząsteczki niklu magnetycznego, baterie te mogą być sterowane zdalnie za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego.
Te miniaturowe baterie dostarczają także imponującą ilość energii w odniesieniu do swojego rozmiaru. Jak zauważa Wei Gao z California Institute of Technology, „gęstość energii tych baterii jest znacznie wyższa niż w przypadku innych baterii o podobnych rozmiarach”.
Kroplowe baterie zostały przetestowane na sercach myszy, które usunięto z ich ciał. Działały one skutecznie jako defibrylatory, przywracając normalny rytm serca, oraz jako stymulatory serca, regulując jego pracę. Dodatkowe testy wykazały, że po 10 cyklach ładowania i rozładowywania baterie zachowały 77% swojej oryginalnej pojemności.
Prosta konstrukcja i możliwość masowej produkcji tych kroplowych baterii mogą stanowić przewagę nad tradycyjnymi metodami wytwarzania baterii w przyszłości – zauważa Gao. Sugeruje on, że takie baterie mogą zasilać minimalnie inwazyjne implanty biomedyczne oraz biodegradowalne urządzenia medyczne.
„Najbardziej imponujące dla mnie jest to, jak ta miękka bateria odzwierciedla wodne środowisko ludzkich tkanek, bazując na hydrożelu” – dodaje Gao. „Jednak nadal musimy brać pod uwagę bezpieczeństwo i biokompatybilność materiałów użytych w tej baterii, zwłaszcza w kontekście komercjalizacji lub dalszych badań.”
