審核專家：王金錄

深圳市凌康技術(shù)有限公司 電源研發(fā)總監(jiān)

孩子靜悄悄，必定在作妖。

家里有孩子的都知道，好奇心旺盛的人類幼崽們常常不滿足只用眼睛、耳朵來(lái)探索世界，他們會(huì)好奇玩具巴克球是不是和糖豆一樣甜，吃下奧特曼模型是不是就能變身……家里隨處擺放的小玩具、小零件都有可能成為他們的“零食”?。

如果是電池這類較小的電子器件，不僅可能會(huì)卡在氣管里導(dǎo)致咳嗽和呼吸困難，其中含有的汞、鉛等有毒物質(zhì)更會(huì)對(duì)孩子的身體造成不可逆的損傷……

那么，有沒(méi)有可能把電池變成無(wú)毒無(wú)害甚至可以食用的材料？

近日，來(lái)自意大利技術(shù)研究所的科學(xué)家們成功開發(fā)出全球首款完全可食用的水基電解質(zhì)可充電電池，構(gòu)成該電池的物質(zhì)都是常見的食品材料，如核黃素、槲皮素、海苔等。這項(xiàng)研究成果在健康質(zhì)量、食品質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域都具有應(yīng)用價(jià)值，為開發(fā)可食用電子器件、軟機(jī)器人奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果已發(fā)表在近期的《先進(jìn)材料》期刊上。

電池的基本結(jié)構(gòu)

電池可以將自身儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化為可供使用的電能。隨著材料科學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展，電池存儲(chǔ)的能量也從傳統(tǒng)意義上的化學(xué)能拓寬到更加清潔高效的能源，例如水能（抽水儲(chǔ)能）、動(dòng)能（飛輪儲(chǔ)能）、空氣（鋅空電池）等。

一般而言，電池由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜、絕緣層和容器六部分構(gòu)成。電池充電時(shí)，正、負(fù)極分別發(fā)生氧化、還原反應(yīng)，不斷地進(jìn)行電子的輸送與接收。

而同一種電池也有不同的封裝結(jié)構(gòu)，以極為常見的鋰電池為例，它們主要分為圓柱、方形、軟包三種形式。

雖然電池的規(guī)格不同，但是絕大多數(shù)鋰電池的正極材料是鈷酸鋰、錳酸鋰，磷酸鐵鋰和三元材料（鎳鈷錳的聚合物）；負(fù)極材料主要以天然石墨和人造石墨為主。

其中，鈷酸鋰中所含的鈷元素有放射性，對(duì)人體與環(huán)境都有害，如制成大型動(dòng)力電池，生產(chǎn)過(guò)程的安全性較難保證。錳酸鋰因錳元素的特性不耐高溫環(huán)境，較高工作溫度下由于溶解問(wèn)題，壽命較短，充放電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問(wèn)題。而三元材料的最大問(wèn)題也正是其不可忽視的安全性問(wèn)題。

可以食用的充電電池

與普通充電電池不同的是，可食用充電電池全都由日常生活中常見的可食用材料制成。

研究團(tuán)隊(duì)從所有生物都會(huì)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)和充電電池工作時(shí)的正負(fù)極反應(yīng)中汲取了靈感，“該設(shè)備的核心是由兩個(gè)電極組成的。為了讓它生效，我們使用了兩種材料、兩種分子。陽(yáng)極使用的是核黃素；陰極使用的是槲皮素（一種在山柑中找到的提取物）” 該項(xiàng)目的研究員馬里奧·凱洛尼解釋說(shuō)。

核黃素（維生素B2）是一種水溶性維生素，在牛奶、動(dòng)物肝臟、魚類、蛋類和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化型谷物食品中含量豐富，可以作為氧化還原的載體，在氨基酸脫氫、嘌呤氧化等過(guò)程中能起傳遞氫和電子的作用。在氧化反應(yīng)中，核黃素可以捐贈(zèng)兩個(gè)電子，因此被選用作為可食用充電電池的正極材料。

槲皮素是一種存在于水果、蔬菜、谷物中的天然色素，常見于蘋果、綠茶、桔子、梨和綠色蔬菜中。同時(shí)，槲皮素也是飲食中含量最為豐富的抗氧化劑之一，具有在動(dòng)物和人類的多種細(xì)胞中進(jìn)行還原反應(yīng)的能力，因此被選用作為可食用充電電池的負(fù)極材料。

研究人員使用活性炭與一種水基電解質(zhì)共同增強(qiáng)了這種可使用充電電池的導(dǎo)電性能，使其能夠正常工作。電池的隔板（每個(gè)電池中用于防止短路的配件）則用海苔制成；兩個(gè)食品級(jí)金箔觸點(diǎn)由蜂蠟包裹，并放置在由蜂蠟中提取出的纖維素衍生支架上。

該充電電池的工作電壓在?0.65伏以下，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。它能夠在持續(xù)的12分鐘內(nèi)提供48微安的電流，或超過(guò)1小時(shí)的幾微安電流，足以在有限的時(shí)間內(nèi)為一些小型電子設(shè)備供電、充電，比如一些低功耗的 LED 燈等。

可食用充電電池的前景

隨著全球首個(gè)可食用充電電池的研發(fā)成功，可食用電子設(shè)備應(yīng)用的研發(fā)也提上了日程。在不久的將來(lái)，可食用電子電路和傳感器可以廣泛應(yīng)用于健康狀況監(jiān)測(cè)、胃腸道疾病的診斷和治療、食品存儲(chǔ)環(huán)境條件的測(cè)量記錄等領(lǐng)域。

由于可食用電子設(shè)備本身具有的特性，它們具有極高的安全性?？紤]到兒童玩具有極高的誤吞風(fēng)險(xiǎn)，因此，可食用電子電路、傳感器還可以用于兒童玩具的設(shè)計(jì)與制造。

實(shí)際上，研發(fā)人員已經(jīng)在開發(fā)具有更大容量和更小尺寸的設(shè)備，這些發(fā)展也將在未來(lái)為可食用電子電路、傳感器，甚至是可食用軟機(jī)器人提供強(qiáng)勁的動(dòng)力。

除此之外，開發(fā)清潔能源、實(shí)現(xiàn)更高水平的節(jié)能儲(chǔ)能也是各國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要話題，而可食用電池的研發(fā)對(duì)此也具有潛在價(jià)值。

雖然目前這種可食用充電電池還不能為大型設(shè)備，如電動(dòng)汽車等提供動(dòng)力，但它們已經(jīng)證明了一種更安全、環(huán)保的制造電池的方式，而這同樣具有極高的研究?jī)r(jià)值和發(fā)展前景。