可食用電池的技術(shù)原理、制備工藝及應(yīng)用前景研究

摘要：現(xiàn)代社會(huì)對(duì)微型電子設(shè)備的需求日益增長(zhǎng)，電池作為核心供電部件，其安全性與適用性面臨更高要求。傳統(tǒng)電池存在誤食風(fēng)險(xiǎn)高、環(huán)境兼容性差等問題，尤其兒童誤食引發(fā)的安全事故頻發(fā)，現(xiàn)有防誤食技術(shù)又存在影響電池性能的弊端?；诖?，完全可食用電池的研發(fā)成為解決上述問題的創(chuàng)新路徑。該電池以可食用材料為核心構(gòu)成要素，通過科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝組合，在保障安全性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電，為醫(yī)療、食品、玩具等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)革新提供了新的可能，具有重要的理論研究?jī)r(jià)值與實(shí)際應(yīng)用意義。

　　關(guān)鍵詞：可食用電池；安全設(shè)計(jì)；可食用材料；電子設(shè)備供電；應(yīng)用場(chǎng)景

　　一、傳統(tǒng)電池的應(yīng)用局限與防誤食技術(shù)弊端

　　（一）傳統(tǒng)電池的安全隱患。我國(guó)電池年消耗量達(dá)70億節(jié)，其中兒童誤食事件頻發(fā)，相關(guān)搜索結(jié)果超三億條。誤食電池可能引發(fā)咳嗽、流口水等輕微癥狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致消化道堵塞、黏膜燒傷，甚至食道穿孔、死亡等致命后果。這一問題的核心成因在于傳統(tǒng)電池含強(qiáng)堿等腐蝕性物質(zhì)，且正負(fù)極在體內(nèi)與濕潤(rùn)黏膜接觸后會(huì)形成電流回路，雙重作用對(duì)人體組織造成損傷。

　　（二）現(xiàn)有防誤食技術(shù)的不足。為降低誤食風(fēng)險(xiǎn)，部分企業(yè)采用苦味涂層技術(shù)，在電池表層涂抹苯甲地那銨等苦味化合物。但該技術(shù)存在顯著弊端，苦味涂層會(huì)影響電池導(dǎo)電性，導(dǎo)致設(shè)備充電異常，蘋果公司曾針對(duì) AirTag使用含苦味涂層紐扣電池的問題發(fā)布專項(xiàng)公告，反映出該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的局限性。

　　二、可食用電池的技術(shù)原理與制備工藝

　?。ㄒ唬┖诵募夹g(shù)原理?？墒秤秒姵刈裱姵毓ぷ髟?，通過電極材料的氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能輸出。其核心創(chuàng)新在于全部構(gòu)件采用可食用材料，既保證供電功能，又徹底消除誤食后的安全風(fēng)險(xiǎn)。電池通過陽(yáng)極與陰極的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電勢(shì)差，電解質(zhì)提供離子傳輸通道，隔膜避免正負(fù)極直接接觸導(dǎo)致短路，封裝材料則保障結(jié)構(gòu)完整性。

　　（二）關(guān)鍵制備材料。電極材料：陽(yáng)極由靛胭脂紅與核黃素（維生素 B2）構(gòu)成，核黃素可從杏仁、牛肉等天然食材中提??；陰極采用鞣花酸與槲皮素，槲皮素廣泛存在于紅洋蔥、山楂等食物中，為提升導(dǎo)電性，需將其溶解后摻入食品級(jí)活性炭形成復(fù)合材料。電解質(zhì)與導(dǎo)電材料：以可食用鹽水溶液為電解質(zhì)，通過鈉離子與氯離子的定向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)；搭配食品級(jí)金箔增強(qiáng)導(dǎo)電性，其金單質(zhì)導(dǎo)電效率處于金屬前列。隔膜與封裝材料：選用紫菜作為隔膜，阻隔正負(fù)極避免短路；以蜂蠟為核心封裝殼體，保障電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

　　（三）制備流程。首先分別制備陽(yáng)極與陰極復(fù)合材料，將槲皮素溶解后與活性炭混合形成陰極基體；隨后以食用鹽水溶液為電解質(zhì)，在陽(yáng)極與陰極之間嵌入紫菜隔膜；最后用蜂蠟進(jìn)行封裝，并在兩極貼合食品級(jí)金箔，完成整體制備。成品電池外形軟糯，口感微甜，具備良好的食用安全性。

　　三、可食用電池的性能與應(yīng)用場(chǎng)景

　?。ㄒ唬┖诵男阅軈?shù)。該可食用電池能穩(wěn)定輸出 48 微安電流，持續(xù)供電約12 分鐘，可滿足小型 LED 燈及各類微型電子設(shè)備的短期供電需求。其最大優(yōu)勢(shì)在于安全性，所有構(gòu)成材料均符合食用標(biāo)準(zhǔn)，即使被誤食也不會(huì)對(duì)人體造成傷害，從根本上解決了傳統(tǒng)電池的誤食風(fēng)險(xiǎn)。

　　（二）主要應(yīng)用領(lǐng)域。醫(yī)療領(lǐng)域：作為“可食用電子學(xué)”的核心部件，可為體內(nèi)生物傳感器、微型攝像頭、藥物輸送系統(tǒng)等設(shè)備供電，支持長(zhǎng)期體內(nèi)留置醫(yī)療器械的運(yùn)行，減少患者反復(fù)穿戴設(shè)備的痛苦，為醫(yī)學(xué)診斷與治療提供全新技術(shù)支撐。食品行業(yè)：可為食品儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)傳感器提供動(dòng)力，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)食品溫度、濕度等儲(chǔ)存條件，保障食品質(zhì)量安全。玩具行業(yè)：適用于兒童及寵物玩具供電，徹底消除傳統(tǒng)玩具電池的誤食隱患，提升產(chǎn)品使用安全性。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　可食用電池通過材料創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，突破了傳統(tǒng)電池的安全局限，實(shí)現(xiàn)了“供電功能”與“食用安全”的統(tǒng)一。其制備工藝簡(jiǎn)單，材料來(lái)源廣泛，應(yīng)用場(chǎng)景多元，為微型電子設(shè)備的安全供電提供了創(chuàng)新方案。未來(lái)隨著材料性能的進(jìn)一步優(yōu)化與制備工藝的升級(jí)，可食用電池的供電時(shí)長(zhǎng)與輸出功率有望大幅提升，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓展，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展注入持續(xù)動(dòng)力。

文章來(lái)源：《安徽科技報(bào)》http://m.00559.cn/w/qt/35317.html