Chinese onderzoekers zorgen voor een revolutie op het gebied van energieopslag met een innovatieve biobatterij die gebruikmaakt van elektroactieve micro-organismen voor een uitzonderlijke autonomie en duurzaamheid.
Wetenschappelijke vooruitgang blijft de grenzen van innovatie verleggen, en de biobatterij die door wetenschappers in China is ontwikkeld, is daar een perfect voorbeeld van. Door levende materialen te gebruiken voor energietoepassingen, belooft deze revolutionaire technologie een duurzaam alternatief voor traditionele energiebronnen. Deze miniatuur, draagbare batterij biedt een nauwkeurige controle van bio-elektrische stimulatie en fysiologische bloeddruk signalen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor nieuwe medische en technologische toepassingen.
Een veelbelovend energiepotentieel
De ontwikkeling van deze biobatterij is gebaseerd op het gebruik van elektroactieve micro-organismen die elektriciteit kunnen opwekken uit hun metabolische activiteit. Dit unieke apparaat kan tot 10 cycli zelf opladen, wat een opmerkelijke prestatie is op het gebied van duurzaamheid en energie-efficiëntie. Wetenschappers van het Shenzhen Institutes of Advanced Technology, verbonden aan de Chinese Academie van Wetenschappen, hebben benadrukt dat deze biobatterij ook kan dienen als pseudobatterij, met een coulomb-efficiëntie van meer dan 99,5% over 50 cycli, wat wijst op een laag energieverlies in vergelijking met traditionele batterijen.
Dit apparaat is niet alleen een technologisch hoogstandje, maar zou ook de methoden voor energieopslag en -omzetting kunnen veranderen. Door kritieke materialen zoals kobalt en lithium te vervangen door milieuvriendelijkere componenten, biedt de biobatterij een haalbare oplossing om onze afhankelijkheid van niet-hernieuwbare hulpbronnen te verminderen en tegelijkertijd de impact op het milieu te minimaliseren.
De levensvatbaarheid van bacteriën in de biobatterij
Een belangrijk aspect van deze technologie is het vermogen van bacteriën om gedurende het hele proces een hoge levensvatbaarheid te behouden. Het onderzoeksrapport gepubliceerd in Advanced Materials geeft aan dat de bacteriën gedurende de hele levensduur van de batterij een levensvatbaarheid van meer dan 70% behouden, met een piek van 97,6% aan het einde van de levensduur. Deze hoge levensvatbaarheid is essentieel om ervoor te zorgen dat de biobatterij op lange termijn efficiënt en functioneel blijft.
De levende hydrogels die in deze biobatterij worden gebruikt, bestaan uit geleidende biofilms die zijn ingekapseld in een alginaatmatrix, waardoor zenuwstimulatie mogelijk is. Deze hydrogels kunnen in 3D worden geprint om aangepaste geometrieën te creëren, waarbij hun biologisch actieve eigenschappen behouden blijven. Dankzij hun elektroactiviteit vergemakkelijken ze de opwekking van elektronen en de reductie van grafeenoxide, elementen die cruciaal zijn voor de werking van de biobatterij.
Levende materialen voor duurzame energie
Onderzoekers benadrukken dat het gebruik van levende materialen voor energietoepassingen onze benadering van energieomzetting en -opslag zou kunnen veranderen. Biobatterijen zijn een cruciale richting voor de toekomst van duurzame energievoorziening. Geïnspireerd door de productie van lithium-ionbatterijen is een geminiaturiseerde biobatterij ontwikkeld met een diameter van 20 mm en een dikte van 3,2 mm, waarbij levende hydrogel als bio-anode-inkt en een alginaathydrogel met K3[Fe(CN)6] als kathode-inkt wordt gebruikt.
Hoewel de specifieke capaciteit en energiedichtheid van deze biobatterij lager zijn dan die van lithium-ionbatterijen, wordt het gebruik van kritieke en milieubelastende materialen vermeden. Deze innovatieve aanpak zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop we batterijen ontwerpen, door ze milieuvriendelijker te maken met behoud van hun efficiëntie.
Mogelijke toepassingen en toekomstperspectieven
Door de levende hydrogel in een standaard 2032-batterijbehuizing te verwerken, zijn de onderzoekers erin geslaagd een batterij te creëren met automatische oplaadfunctie. Dit apparaat, dat na gebruik een hoge celviabiliteit behoudt, zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de sector van draagbare bio-energieapparaten. Door zich te richten op de heupzenuw en de nervus vagus hebben de onderzoekers aangetoond dat bio-elektrische stimulatie nauwkeurig kan worden geregeld, wat de weg vrijmaakt voor nieuwe methoden voor fysiotherapie.
Deze technologie kan ook belangrijke gevolgen hebben voor de toekomstige ontwikkeling van duurzame energietechnologieën. Innovatie op dit gebied zou niet alleen de energie-efficiëntie kunnen verbeteren, maar ook innovatieve oplossingen kunnen bieden voor medische apparaten en andere toepassingen die schone en betrouwbare energie vereisen.
Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, welke andere innovaties zouden er kunnen voortkomen uit het gebruik van levende materialen voor energietoepassingen? Hoe zou deze aanpak onze huidige methoden voor energieproductie en -opslag kunnen veranderen?
