Прототип биобатареи, которая вырабатывает электроэнергию на базе контакта с влажной кожей, был продемонстрирован на заседании Американского химического общества.
Она использует для этого молочную кислоту, которая присутствует в поте человека.
Таким образом, появилась возможность создания устройства, которое сможет снабжать энергией цифровые часы, мониторы и другую носимую электронику.
«Наше устройство — первое, которое использует пот. В этом состоит его принципиальная новизна», — говорит доктор Веньчжао Цзя из университета Калифорнии в Сан-Диего.
«Пока что оно генерирует не так много энергии — всего четыре микроватта. Но мы работаем над увеличением его мощности с тем, чтобы питать энергией небольшие электронные приборы».
Интересно, что возглавляемая ею группа не собиралась разрабатывать биобатарею. Учёные разрабатывали портативный индикатор молочной кислоты. Спортсмены во время тренировок измеряют уровень физической нагрузки и усталость по содержанию молочной кислоты в мускульных тканях. Но такие измерения неудобны, потому что обычно требуют анализа крови. Разрабатывая более удобный и быстрый метод анализа, доктор Цзя напечатала датчик молочной кислоты на бумагу, на которой обычно печатаются временные татуировки.
«Я сама его опробовала — он такой лёгкий, что совсем не чувствуется, — рассказывает она. — Такой датчик будет полезен не только спортсменам. Многие из тех, кто занимается фитнесом, хотят получать более подробные данные о затратах энергии организмом».
Однако затем разработчикам пришло в голову, что созданный ими датчик можно превратить в микробатарею, которая будет использовать пот в качестве электролита.
Они ввели в состав датчика фермент, который отбирает электроны из молекул молочной кислоты, порождая при этом слабый электрический ток.
Когда добровольцы приступили к испытаниям нового устройства на велотренажёре, они смогли вырабатывать до 70 микроватт с квадратного сантиметра кожи.
Интересно, что испытатели с меньшим уровнем физической подготовки вырабатывали максимальную энергию по сравнению с теми, кто занимается физическими упражнениями не менее трёх раз в неделю.
«Мы полагаем, что это происходит из-за того, что в организме физически неподготовленных людей быстрее наступает усталость, которая проявляется в повышенной выработке молочной кислоты», — объясняет доктор Цзя.
Её лаборатория сотрудничает сейчас с частной компанией в деле разработки новой биобатареи.
Следующим этапом станет создание комбинаций батареи с портативными устройствами, а также разработка ёмкостей по накоплению снимаемого с влажной кожи заряда в виде конденсаторов.
Но главной задачей остаётся повышение мощности устройства. Например, для питания цифровых часов требуется увеличение нынешней вырабатываемой мощности до 10 микроватт.
«Это сложная задача, потому что размер нашего электрода весьма ограничен — всего 2 на 3 мм», — говорит доктор Цзя. Разработчики исследуют несколько подходов к решению этой задачи. Во-первых, можно сделать устройство более чувствительным к содержанию молочной кислоты в поту. Другой подход состоит в последовательном или параллельном соединении нескольких таких устройств.
Но для чего вообще нужны такие биобатареи? Разве нельзя предельно уменьшить размеры обычных батарей и сделать их более портативными?
«Дело в том, что биобатареи обладают определёнными преимуществами — говорит доктор Цзя. — Они заряжаются быстрее обычных, они безопаснее, потому что отсутствует риск их перегрева или выделения токсичных веществ. А кроме того, они используют возобновляемый источник энергии — ваш организм».