Robert Klatt
Ein neuer Akku besteht ausschließlich aus essbaren Komponenten. In Zukunft könnte die Batterie verschluckbare Sensoren zur Untersuchung des Darms mit Strom versorgen.
Genua (Italien). In den meisten mobilen Geräten kommen aktuell Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Die Forschung sucht aber noch umweltfreundlicheren Alternativen. Dabei entstand etwa eine nur 0,4 mm dünne, biologisch abbaubare Batterie, die Smartphones und andere kleine Geräte mit elektrischer Energie versorgen kann. Forscher des Italienischen Instituts für Technologie (IIT) um Ivan Ilic haben nun eine Batterie entwickelt, die komplett aus essbaren Komponenten besteht.
„Alle für unsere Batterie verwendeten Materialien sind gewöhnliche Lebensmittel oder Nahrungsmittelzusätze, die wir Menschen problemlos in größeren Mengen von mehr als 100 Milligramm pro Tag essen können.“
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Advanced Materials kann die Batterie etwa für medizinische Sensoren, etwa zur Untersuchung des Darms, verwendet werden. Derzeit enthalten solchen verschluckbaren Geräte unverdauliche Komponenten, die potenziell giftig sind. Ihre Nutzung und Ausscheidung müssen deshalb genau überwacht werden. Die innovative essbare Batterie kann viele medizinische Untersuchungen also deutlich vereinfachen.
Die Anode des essbaren Akkus besteht aus dem natürlichen Vitamin Riboflavin.
„Riboflavin ist ein natürlicher Redox-Kofaktor und als Vitamin B2 in vielen Nahrungsergänzungsmitteln enthalten.“
Für die Kathode nutzten die Entwickler Quercetin, ein Polyphenol, das in vielen Pflanzen vorkommt. Der sekundäre Pflanzeninhaltsstoff beinhaltet chemische Catecholgrupppen mit einem aktiven Redox-Potenzial. Um die Leitfähigkeit zu erhöhen, sind beide Elektrodenmaterialien mit Aktivkohle gemischt.
Die wässrige Lösung von Natriumhydrogensulfat dient als Elektrolyt der Batterie. Es handelt sich dabei um ein essbares Salz, das beim Lösen leicht sauer wird und Protonen transportieren kann. Als Separator der Batterie dienen Nori-Algen, die normalerweise für Sushi verwendet werden. Die Außenhülle der Batterie besteht aus Bienenwachs, das Stützgerüst aus Zellulose und die elektronischen Kontakte aus Blattgold.
„Die fertige Batterie ist komplett essbar und alle Zutaten in der Zelle bleiben deutlich unter der empfohlenen Tageshöchstdosis.“
Eine Zelle der essbaren Batterie mit einem Quadratzentimeter Größe hat über eine Zeit von etwa zwölf Minuten bei 0,65 Volt rund 48 Mikroampere abgegeben. Zwei Batterien in Reihe reichen somit aus, um eine LED mit Strom zu versorgen.
„Unser essbarer Akku kann zwar keine elektrischen Autos antreiben, aber sie sind der Beweis, dass Batterien aus sichereren Materialien als die aktuellen Lithium-Ionen-Akkus hergestellt werden können.“
Die Entwickler sind überzeugt, dass die Batterie neue Möglichkeiten für bioverträgliche Elektronik, etwa in der Medizin und Lebensmittelproduktion, eröffnen kann.
„Unser Proof-of-Concept könnte medizinische Diagnostik und Therapien sicherer und einfacher einsetzbar machen, aber auch noch unerforschte Methoden zur Lebensmittel-Überwachung ermöglichen.“
Aktuell arbeiten die Forscher daran, die Größe des Akkus weiter zu reduzieren, damit dieser bei verschluckbaren Sensoren und Kameras verwendet werden kann.
„In Zukunft müssen noch dünnere und flexiblere Hüllen entwickelt werden, ähnlich den weichen Pouch-Zellen der gängigen Akkus.“
Advanced Materials, doi: 10.1002/adma.202211400
