意大利科学家开发出全球首款可食用水基电解质可充电电池

　　家里有孩子的都知道，好奇心旺盛的人类幼崽们常常不满足只用眼睛、耳朵来探索世界，他们会好奇玩具巴克球是不是和糖豆一样甜，吃下奥特曼模型是不是就能变身……家里随处摆放的小玩具、小零件都有可能成为他们的“零食” 。

　　如果是电池这类较小的电子器件，不仅可能会卡在气管里导致咳嗽和呼吸困难，其中含有的汞、铅等有毒物质更会对孩子的身体造成不可逆的损伤……

　　那么，有没有可能把电池变成无毒无害甚至可以食用的材料？

　　近日，来自意大利技术研究所的科学家们成功开发出全球首款完全可食用的水基电解质可充电电池，构成该电池的物质都是常见的食品材料，如核黄素、槲皮素、海苔等。这项研究成果在健康质量、食品质量检测等领域都具有应用价值，为开发可食用电子器件、软机器人奠定了坚实的基础。相关研究成果已发表在近期的《先进材料》期刊上。

　　电池的基本结构

　　电池可以将自身储存的能量转化为可供使用的电能。随着材料科学的创新发展，电池存储的能量也从传统意义上的化学能拓宽到更加清洁高效的能源，例如水能（抽水储能）、动能（飞轮储能）、空气（锌空电池）等。

　　一般而言，电池由正极、负极、电解质、隔膜、绝缘层和容器六部分构成。电池充电时，正、负极分别发生氧化、还原反应，不断地进行电子的输送与接收。

　　而同一种电池也有不同的封装结构，以极为常见的锂电池为例，它们主要分为圆柱、方形、软包三种形式。

　　虽然电池的规格不同，但是绝大多数锂电池的正极材料是钴酸锂、锰酸锂，磷酸铁锂和三元材料（镍钴锰的聚合物）；负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主。

　　其中，钴酸锂中所含的钴元素有放射性，对人体与环境都有害，如制成大型动力电池，生产过程的安全性较难保证。锰酸锂因锰元素的特性不耐高温环境，较高工作温度下由于溶解问题，寿命较短，充放电过程中会出现结构不稳定的问题。而三元材料的最大问题也正是其不可忽视的安全性问题。

　　可以食用的充电电池

　　与普通充电电池不同的是，可食用充电电池全都由日常生活中常见的可食用材料制成。

　　研究团队从所有生物都会发生的氧化还原反应和充电电池工作时的正负极反应中汲取了灵感，“该设备的核心是由两个电极组成的。为了让它生效，我们使用了两种材料、两种分子。阳极使用的是核黄素；阴极使用的是槲皮素（一种在山柑中找到的提取物）” 该项目的研究员马里奥·凯洛尼解释说。

　　核黄素（维生素B2）是一种水溶性维生素，在牛奶、动物肝脏、鱼类、蛋类和营养强化型谷物食品中含量丰富，可以作为氧化还原的载体，在氨基酸脱氢、嘌呤氧化等过程中能起传递氢和电子的作用。在氧化反应中，核黄素可以捐赠两个电子，因此被选用作为可食用充电电池的正极材料。

　　槲皮素是一种存在于水果、蔬菜、谷物中的天然色素，常见于苹果、绿茶、桔子、梨和绿色蔬菜中。同时，槲皮素也是饮食中含量最为丰富的抗氧化剂之一，具有在动物和人类的多种细胞中进行还原反应的能力，因此被选用作为可食用充电电池的负极材料。

　　研究人员使用活性炭与一种水基电解质共同增强了这种可使用充电电池的导电性能，使其能够正常工作。电池的隔板（每个电池中用于防止短路的配件）则用海苔制成；两个食品级金箔触点由蜂蜡包裹，并放置在由蜂蜡中提取出的纤维素衍生支架上。

　　该充电电池的工作电压在 0.65伏以下，不会对人体产生危害。它能够在持续的12分钟内提供48微安的电流，或超过1小时的几微安电流，足以在有限的时间内为一些小型电子设备供电、充电，比如一些低功耗的 LED 灯等。

　　可食用充电电池的前景

　　随着全球首个可食用充电电池的研发成功，可食用电子设备应用的研发也提上了日程。在不久的将来，可食用电子电路和传感器可以广泛应用于健康状况监测、胃肠道疾病的诊断和治疗、食品存储环境条件的测量记录等领域。

　　由于可食用电子设备本身具有的特性，它们具有极高的安全性。考虑到儿童玩具有极高的误吞风险，因此，可食用电子电路、传感器还可以用于儿童玩具的设计与制造。

　　实际上，研发人员已经在开发具有更大容量和更小尺寸的设备，这些发展也将在未来为可食用电子电路、传感器，甚至是可食用软机器人提供强劲的动力。

　　除此之外，开发清洁能源、实现更高水平的节能储能也是各国可持续发展的重要话题，而可食用电池的研发对此也具有潜在价值。

　　虽然目前这种可食用充电电池还不能为大型设备，如电动汽车等提供动力，但它们已经证明了一种更安全、环保的制造电池的方式，而这同样具有极高的研究价值和发展前景。来源：北京科学中心