Batterie a base di zinco (ZBs) acquose sono state utilizzate sempre di più per le loro applicazioni potenziali in moderni dispositivi indossabili e impiantabili grazie alla loro intrinseca sicurezza, alta capacità e stabilità. Tuttavia, come affrontare le questioni della progettazione della biosicurezza e delle performances elettrochimiche insufficienti delle ZBs, quando si passa alla pratica, soprattutto per i dispositivi biomedici è ancora un problema da risolvere.
In risposta a questa sfida, il team di energia guidato dal professor Jiang Zhou della Central South University di Cina, ha proposto recentemente una strategia di elettro-legatura verde e programmabile per preparare un elettrolita polimerico di Zn-alginato per batterie di Zn biocompatibili, basata sul legame superionico dei gruppi carbossilati dell’alginato con il libero-Zn2, attivato dalla elettro-ossidazione.
Usando questo metodo, in un breve tempo di 80 secondi, è stato possibile ottenere direttamente sulla superficie del metallo Zn un elettrolita polimerico stabile con un canale regolato. L’elettrolita preparato fornisce un’alta reversibilità dell’efficienza coulombica del 99,65%, oltre a una stabilità a lungo termine di oltre 500 ore.
Inoltre, dopo 6 ore di esposizione al lato negativo della batteria ciclata con l’elettrolita gel preparato, sono state osservate minime lesioni della mucosa nei modelli di coniglio, dimostrando che l’elettrolita gel preparato è un materiale biocompatibile che non ha alcuna significativa corrosione nell’ambiente leggermente acido del sistema digestivo.
La nuova strategia per preparare l’elettrolita polimerico di Zn-alginato presenta tre vantaggi prominenti rispetto ai metodi convenzionali: (1) il processo di legatura per la sintesi di elettroliti evita l’introduzione di qualsiasi reagente o iniziatore chimico; (2) una batteria di Zn altamente reversibile è facilmente ottenibile dal micrometro a scala larga attraverso una strategia automatica e programmabile; e (3) l’alta biocompatibilità è in grado di essere integrata negli impianti e nei dispositivi bio-integrati per garantire la sicurezza del corpo.
L’implantabilità ed i dispositivi indossabili hanno aperto una gamma di opportunità per il controllo delle condizioni di malattia e il monitoraggio della salute, ma la sicurezza associata alla batteria è una formidabile barriera all’applicazione, soprattutto per i dispositivi biomedici.
Esistono infatti, in molti casi, potenziali complicazioni devastanti associate alle batterie tossiche e instabili situate nell’organismo, che causano una necrosi liquefattiva, la distruzione dei tessuti e danni correlati alle ustioni esplosive.
Pertanto, i sistemi di stoccaggio dell’energia della biosicurezza sono urgentemente necessari e il metodo proposto dal team di energia della Central South University è un passo importante in avanti verso la realizzazione di batterie biocompatibili.
Il lavoro è stato pubblicato nella rivista National Science Review e rappresenta un importante passo avanti per l’applicazione di batterie sicure e biocompatibili in campo biomedico e indossabile.
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