Отговорните за откритието са успели да възпроизведат същата енергия, отделяна от тези животни, 600 волта.
Батериите които използваме в ежедневието си постоянно съдържат тежки метали и химикали, които могат да бъдат вредни. А проблемът е, че рециклирането им не винаги е ефективно. Олово, киселина, кадмий, кобалт, никел, живак и манган. Това са материалите, от които се създават батериите и всички те могат да бъдат токсични, ако достигнат почвата, водата или въздуха. Всяка година около 40 000 тона олово от тези батерии се озовават на сметища, освобождавайки или замърсявайки почвата и водата, ако не се управляват правилно.
Една алкална батерия може да замърси до 167 000 литра вода, ако се счупи и химикалите изтекат. Поради всички тези причини не е чудно, че търсенето на по-малко замърсяващи алтернативи на батериите или в идеалния случай, не замърсяващи е доста важна мисия. Точно това е постигнал екип от учени от Държавния университет на Пенсилвания. Те са разработили мека, гъвкава батерия без токсични материали, чийто дизайн е вдъхновен от биологията на електрическите змиорки, риби, способни да генерират разряди от стотици волтове благодарение на специализирани клетки, наречени електроцити.
Принципът зад този пробив, е форма на енергийна биомимикрия. Учените са успели да пресъздадат как телата на тези змиорки преобразуват йонните градиенти или разликите в концентрацията на заряда, в електричество. „Електроцитите в електрическите змиорки са изключително тънки клетки, способни да генерират повече от 600 волта при краткотраен разряд и произвеждат много висока плътност на мощността, което означава, че могат да генерират много енергия от малки обеми“, обяснява в изявление Джоузеф Надим, ръководителят на изследването.
Иновацията на екипа на Наджем се състои в създаването на хидрогелни структури, толкова тънки (≈106 микрометра), че драстично намаляват вътрешното съпротивление, една от основните пречки пред практичността на тези видове биологично вдъхновени батерии. За да постигнат това, те са използвали техника на центрофугиране, като са нанасяли последователни слоеве от различни хидрогелни смеси върху въртяща се повърхност. Това позволява прецизен контрол на дебелината на всеки слой и възпроизвеждане на архитектура, която емулира биологични електрически клетки. Благодарение на този подход, тези нови „хидрогелни електроцити“ постигат плътност на мощността близо до 44 kW/m³, стойности, сравними с тези на реални биологични органели, далеч надминаващи предишни подобни устройства, изработени с меки материали. Чрез включване на глицерол в химическата формула, тези електроцити задържат вода в продължение на дни в суха среда и показват стабилна производителност дори при екстремни температури (до -80 °C), без да е необходимо капсулиране.
Отличителна черта на тази батерия е, че не съдържа токсични или твърди елементи, като тежките метали, открити в конвенционалните йонни батерии, което я прави потенциално подходяща за приложения в близост до човешкото тяло. Новата технология увеличава плътността на микрочиповете хиляда пъти. „За биомедицински и почти биологични приложения трябва да гарантираме, че батериите са съвместими с околната среда, гъвкави, безопасни и в идеалния случай способни да се презареждат, използвайки наличните ресурси“, добавя Наджем. „Това ни мотивира да разработим тези стабилни източници на енергия в система на базата на хидрогел“, обяснява Наджем.
Подходът елиминира необходимостта от външни механични поддържащи структури, което е ограничавало предишните дизайни, и поддържа стабилни и гъвкави свойства на околната среда. Това отваря път към енергийни източници, които биха могли да бъдат интегрирани директно в тъкани или меки устройства, без теглото и твърдостта на традиционните батерии. Въпреки че тези прототипи все още са във фаза на изследване, проучването посочва области за бъдещо подобрение,като енергийна плътност, ефективност на зареждане и проучване на възможността самата батерия да може да се самозарежда в определени биологични среди, като например солена вода.
