ライス大学とノースカロライナ州立大学の研究者たちは、空気中の水分を吸収して電力を生成することができる伸縮性のあるバッテリーを開発しました。このバッテリーは、従来の液体電解質を必要とせず、ウェアラブルデバイスやIoTデバイスに電力を供給します。この水分活性化バッテリー（MAB）は、マグネシウム陽極、銀/塩化銀陰極、および塩化リチウム塩を浸したセルロース膜を使用しています。この膜は周囲の空気中の水分を吸収し、塩類を溶解して電解質を形成することで、バッテリーが電流を生成できるようにします。このバッテリーは密封パッケージ内で不活性の状態を保つため、使用前に長期間保存できます。
研究者たちは、この設計が従来のバッテリーに一般的に見られる有毒で可燃性の電解質を排除していると述べています。
研究チームは、このバッテリーが低湿度環境でも機能することを示し、ウェアラブル健康モニターからマイクロロボット、遠隔センサーなどのさまざまな用途に適しているとしています。ノースカロライナ州立大学の電気およびコンピュータ工学の助教授であり、この研究の共同著者であるアメイ・バンドカ（Amay Bandodkar）は、「私たちのバッテリーは有毒で可燃性の電解質を排除しています。なぜなら、それは本質的に塩水に依存しているからです。環境の空気にさらされたときだけ起動するため、密封パッケージ内で不活性の状態を保ち、賞味期限を延ばします。」と述べています。
新型水分活性化バッテリーは多様な応用の可能性を秘める
多くの蛇形電接続に依存する伸縮性バッテリーとは異なり、この新しい設計は穿山甲からインスパイアを受けています。このバッテリーは重なり合った鱗状の構造を使用して、伸縮過程で生じる隙間を最小限に抑え、曲げたり、ねじったり、拡張したりする際にエネルギー密度を維持します。ライス大学の機械工学の助教授であり、この研究の共同著者であるラウデル・アビラ（Raudel Avila）は、「力学は、これらのバッテリーを伸縮性と実用性の両方を持たせる上で中心的な役割を果たしています。私たちのモデリングは、生物模倣スタックと伸縮性インターコネクタがバッテリー内の変形を再分配し、曲げ、ねじり、伸縮の過程での性能を維持しながら、通常エネルギー密度を低下させる隙間を最小化する方法を明らかにしました。」と述べています。
研究者たちは、このバッテリーを使用して、30時間の持続時間を持つワイヤレスBluetooth血中酸素計に電力を供給し、従来のバッテリーを使用した類似デバイスと同等の性能を示しました。さらに、研究者たちは、デバイスが改ざんされたときに電子機器を破壊することを目的とした水分トリガーの「自己破壊スイッチ」を統合しました。このメカニズムは、アルミニウム粉とヨウ素粉の乾燥混合物を密封された隔室に保管します。誰かがデバイスを開けたり取り外したりしようとすると、隔室が破壊され、収集された水分がこれらの化学物質に触れることを許します。その後の反応で生成される熱は、デバイスを燃やし、その電子部品を破壊するのに十分です。
概念実証として、研究者たちはこのシステムをワイヤレスガスセンサーに組み込みました。全体のデバイスは、埋め込まれたCMOS電子部品を含め、起動後3分以内に破壊されました。ノースカロライナ州立大学の電気およびコンピュータ工学の助教授であり、この研究の共同著者であるアブラハム・バスケス・ガルダード（Abraham Vázquez-Guardado）は、「このバッテリーは単なる学術的な概念証明ではなく、日常のIoTおよび医療機器に電力を供給できる実用的なエネルギー源です。この性能は、このバッテリー技術が新しい世代の電子機器やアプリケーションに電力を供給する準備が整っていることを示しています。」と述べています。
研究者たちは、このバッテリーが軽量で生体適合性があり、生分解性であり、無毒材料を使用して設計されているため、柔軟な電子機器や使い捨て医療機器の潜在的な代替品となることを指摘しています。この研究は『Science Advances』誌に発表されました。
項目 規格 バッテリー持続時間 30時間