Celle a combustibile da indossare

In questi ultimi anni le celle a combustibile microbiche hanno assunto forme sempre più originali, passando da semplici fiammiferi ad armi a forma di stella impiegate dai ninja. Tuttavia, la base comune è sempre stata l’uso della carta come materiale strutturale degli apparati. Ora, ricercatori dell’Università di Binghamton hanno fatto ulteriori progressi, intessendo, per la prima volta, le batterie biologiche direttamente in un pezzo di stoffa elastica, riuscendo così ad aumentarne la potenza e la densità di corrente.

Le fuel cell microbiche, o pile a combustibile microbiologiche, sono sistemi elettrochimici in grado di produrre corrente a partire dalle reazioni catalitiche dei batteri. In pratica, i microorganismi ossidano il carburante (come ad esempio il metanolo) immesso nelle pile, liberando elettroni. Di fatto si è arrivati a costruire una specie di tessuto elastico, che rappresenta un importante passo in avanti riguardo all’elettronica indossabile del futuro.

Tra le varie pile e dispositivi di accumulo di energia basati su tessuti flessibili, le celle a combustibile microbiche (dette MFC) all’inizio destavano qualche preoccupazione in merito ad applicazioni elettroniche indossabili, perché la citotossicità microbica poteva creare dei problemi per la salute. Inoltre, nella letteratura scientifica, i dati sulle MFC indossabili erano piuttosto scarsi, ma, se consideriamo che gli uomini hanno più cellule batteriche che umane nel loro organismo, il loro impiego diretto come risorsa energetica in modo interdipendente con il corpo umano diventava così interessante per l’elettronica indossabile.

Rispetto a pile tradizionali o ad altre celle a combustibile enzimatico, le MFC possono rappresentare la fonte di energia più adatta per inserire dispositivi elettronici integrati all’interno di stoffe e vestiti, perché l’intera cellula microbica come biocatalizzatore mostra reazioni enzimatiche stabili e una vita lunga. E proprio il sudore generato dal corpo umano può essere un potenziale carburante per alimentare la vitalità batterica, il funzionamento a lunga durata delle celle a combustibile microbico. Il dispositivo realizzato impiega come biocatalizzatore la Pseudomonas aeruginosa e può produrre una potenza massima di 6,4 μW cm -2 ed una densità di corrente di 52 μA cm -2, valori essenzialmente più alti di quelli delle precedenti MFC tessili.

Tutti i componenti della biobatteria sono stati inseriti in un singolo strato di tessuto, verificando con precisione la profondità di ciascun elemento. La struttura consta di un anodo ed un catodo sistemati in un’unica camera di reazione senza membrana separatrice. La camera anodica è stata appositamente studiata per essere conduttiva e idrofila ai fini della raccolta di elettricità dalle cellule batteriche nel liquido (il sudore).

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