„Bioverträgliche Zinkbatterien mit Zn-Alginat-Polymer-Elektrolyt“

Biokompatible Zinkbatterie mit Zn-Alginat-Polymer-Elektrolyt entwickelt

Implantierbare und tragbare Elektronik haben eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Kontrolle von Krankheitszuständen und zur Gesundheitsüberwachung eröffnet. Doch die ununterbrochene durch Batterien verursachte Sicherheit stellt eine enorme Hürde für die Anwendung dar, insbesondere für biomedizinische Geräte.

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In vielen Fällen gibt es potenziell verheerende Komplikationen im Zusammenhang mit den toxischen und instabilen Batterien, die in organische Materialien eingebettet sind, was zu einer entsprechenden liquefaktiven Nekrose, Gewebedestruktion und explosiv durch Verbrennungen verursachten Verletzungen führt. Es werden daher dringend biosichere Energiespeichersysteme benötigt.

Wässrige zinkbasierte Batterien (ZBs) ziehen aufgrund ihrer inhärenten Sicherheit, hohen Kapazität und Stabilität zunehmend Aufmerksamkeit für potenzielle Anwendungen in modernen tragbaren und implantierbaren Geräten auf sich. Es müssen jedoch noch Herausforderungen bewältigt werden, insbesondere bei der Anwendung auf tragbare und biomedizinische Geräte im Hinblick auf die Biosicherheitsgestaltung und unzureichende elektrochemische Leistungen der ZBs.

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Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurde vor kurzem von dem Energie-Team um Professor Jiang Zhou von der Central South University (CSU), China, eine grüne und programmierbare Elektrovernetzungsstrategie vorgeschlagen, um auf der superionischen Bindung der Alginsäure-Carboxylatgruppen mit freiem Zn2 basierend einen Zink-Alginat-Polymer-Elektrolyt für biokompatible Zinkbatterien zu synthetisieren, der durch Elektrooxidation aktiviert wird.

Durch die Verwendung dieser Methode wurde innerhalb kurzer Zeit von 80 s ein stabiler Polymer-Elektrolyt mit einem regulierten Kanal direkt auf der Oberfläche von metallischem Zink erhalten. Der so hergestellte Elektrolyt bietet hohe Reversibilität bei einer 99,65% igen koulombischen Effizienz und über 500 h langzeitliche Stabilität.

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Wichtig ist, dass nach 6 Stunden Exposition der negativen Seite der Batterie, die durch das vorgefertigte Gel-Elektrolyt zirkulierte, minimale Schleimhautverletzungen in den Kaninchenmodellen beobachtet wurden. Dies zeigt, dass das vorgefertigte Gel-Elektrolyt ein biokompatibles Material ist, das keine signifikante Korrosion in der leicht sauren Umgebung des Verdauungssystems aufweist.

Die neue Strategie zur Herstellung des Zink-Alginat-Polymer-Elektrolyten weist drei herausragende Vorteile gegenüber konventionellen Methoden auf: (1) Der Vernetzungsprozess zur Synthese von Elektrolyten vermeidet die Einführung von Chemikalien und Initiatoren; (2) eine hochreversible Zinkbatterie ist von Mikrometer- bis zu Großmaßstäben durch automatisierte programmierbare Strategien leicht verfügbar; und (3) Hochbiokompatibilität ist in der Lage, implantierte und biointegrierte Geräte zu gewährleisten, um die Körpersicherheit zu gewährleisten.

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Die Arbeit wurde in der Zeitschrift National Science Review veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von einer KI-Textgenerierung erstellt.

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