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Gli scienziati di UMD sviluppano la nuova batteria digenerazione ionica biocompatibile

Gli ingegneri all'università del Maryland hanno inventato un assolutamente nuovo genere di batteria. È biocompatibile perché produce lo stesso genere adi energia elettrica basata a ione usata dagli esseri umani e da altre cose viventi.

Nei nostri organismi, gli ioni scorrenti (sodio, potassio ed altri elettroliti) sono i segnali elettrici che alimentano il cervello e gestiscono il ritmo del cuore, il movimento dei muscoli e molto più.

In batterie tradizionali, l'energia elettrica, o la corrente, entra nel modulo degli elettroni mobili. Questa corrente degli elettroni dalla batteria è generata all'interno della batteria muovendo gli ioni positivi da un'estremità (elettrodo) di una batteria verso l'altra. La nuova batteria di UMD fa l'opposto. Muove gli elettroni intorno nell'unità per consegnare l'energia che è un flusso degli ioni. Ciò è la prima volta che una batteria digenerazione ionica è stata inventata.

“La mia intenzione è affinchè i sistemi ionici colleghi mediante interfaccia ai sistemi umani,„ ha detto Liangbing Hu, la testa del gruppo che ha sviluppato quella batteria. Hu è un professore di scienza dei materiali all'università del Maryland, sosta dell'istituto universitario. È egualmente un membro del centro di ricerca energetica dell'università del Maryland e un ricercatore principale del Nanostructures per il centro di ricerca elettrico di frontiera di energia di immagazzinamento dell'energia, promosso dal Dipartimento per l'energia, che ha costituito un fondo per lo studio.

“Così ho fornito la progettazione inversa di una batteria,„ Hu ha detto. “In una batteria tipica, elettroni attraversi i collegare per collegare l'elettronica e gli ioni attraversano il separatore della batteria. Nella nostra progettazione inversa, una batteria tradizionale è messa elettronicamente (quel elettroni di mezzi stanno attraversando i nastri metallici). Poi gli ioni devono attraversare i cavi ionici dell'esterno. In questo caso, gli ioni nel cavo ionico - qui, fibre dell'erba -- può collegare mediante interfaccia ai sistemi viventi.„

L'opera di Hu e dei suoi colleghi è stata pubblicata nell'emissione del 24 luglio delle comunicazioni della natura.

“Le applicazioni potenziali potrebbero comprendere lo sviluppo della generazione seguente di unità micro-per manipolare le attività e le interazioni di un neurone che possono impedire e/o trattare tali problemi di salute come il morbo di Alzheimer e la depressione,„ hanno detto il membro Jianhua Zhang, PhD del gruppo, uno scienziato del personale all'istituto nazionale del diabete e digestivo ed alle malattie renali (NIDDK), parte degli istituti della sanità nazionali a Bethesda, Md.

“La batteria potrebbe essere utilizzata per sviluppare gli apparecchi medici per le persone inabili, o per la droga più efficiente e gli strumenti della consegna del gene sia nella ricerca che nelle impostazioni cliniche, come modo più precisamente ai cancri dell'ossequio e ad altre malattie mediche, hanno detto Zhang, che ha eseguito gli esperimenti biologici per provare che la nuova batteria ha trasmesso con successo la corrente alle celle viventi.

“Guardando lontano avanti sull'orizzonte scientifico, uno lo spera egualmente che questa invenzione possa contribuire a stabilire la possibilità del commputer diretto e della comunicazione umana,„ ha detto.

Biocompatibile, batterie della materia biologica

Poiché le celle viventi lavorano a corrente ionico e le batterie attuali forniscono una corrente elettronica, gli scienziati precedentemente hanno provato a capire come creare la biocompatibilità fra questi due rattoppando una corrente elettronica in una corrente ionica. Il problema con questo approccio è che necessità correnti elettroniche di raggiungere certa tensione per saltare lo spazio fra i sistemi elettronici ed i sistemi ionici. Tuttavia, nelle correnti ioniche dei sistemi viventi entri ad una tensione molto bassa. Quindi, con una toppa elettronico--ionica la corrente indotta sarebbe troppo alta per eseguire per esempio un cervello o un muscolo. Questo problema potrebbe eliminarsi usando le batterie correnti ioniche, che potrebbero essere fatte funzionare a tutta la tensione.

La nuova batteria di UMD egualmente ha altra funzionalità insolita - usa l'erba per memorizzare la sua energia. Per fare la batteria, il gruppo ha inzuppato le alette del bluegrass di Kentucky nella soluzione salina del litio. I canali che hanno mosso una volta le sostanze nutrienti su e giù l'aletta dell'erba erano condotti ideali per tenere la soluzione.

La batteria di dimostrazione il gruppo di ricerca ha creato gli assomigliare a due tubi di vetro con un'aletta di erba dentro, ciascuno connesso da un nastro metallico sottile alla cima. Il collegare è dove gli elettroni attraversano per muoversi lentamente da un'estremità della batteria verso l'altra come gli scarichi di energia memorizzata. All'altro estremo di ogni tubo di vetro è un suggerimento di metallo per cui la corrente ionica passa.

I ricercatori hanno provato che la corrente ionica sta scorrendo toccando le estremità della batteria qualsiasi estremità di una stringa litio-inzuppata del cotone, con un punto degli ioni di rame blu-tinti nel mezzo. Preso nella corrente ionica, il rame ha avanzato negativamente lungo la stringa verso - il palo caricato, appena poichè i ricercatori hanno predetto.

“I microchannels nell'erba possono tenere la soluzione salina, rendente loro un conduttore ionico stabile,„ ha detto Chengwei Wang, primo autore del documento e di un dottorando nel Servizio tecnico di scienza e dei materiali all'università del Maryland nella sosta dell'istituto universitario.

Tuttavia, il gruppo pianificazione differenziare i tipi di batterie che correnti ioniche dell'elettrone possono produrre. “Stiamo sviluppando i conduttori ionici multipli con cellulosa, idrogel e polimeri,„ ha detto Wang.

Ciò non è la prima volta gli scienziati di UMD hanno verificato i materiali naturali nei nuovi usi. Hu ed il suo gruppo precedentemente stanno studiando la cellulosa e le materie vegetali per le batterie elettroniche, creando una batteria e un supercapacitor dal legno e da una batteria da una foglia. Egualmente hanno creato il legno trasparente come sostituzione potenzialmente più di ottimo rendimento per le finestre di vetro.

Lavoro creativo

Faccia un rumore metallico Liu, un professore associato nel nanoengineering all'università di California, San Diego, che non è stata non coinvolgere con lo studio, ha detto: “Il lavoro è molto creativo ed il suo valore principale è nella consegna del flusso ionico ai bio- sistemi senza posare altri pericoli a loro. Finalmente, l'impatto del lavoro realmente risiede dentro se i più piccoli e materiali più biocompatibili della giunzione possono essere trovati che poi collegano mediante interfaccia alle celle ed agli organismi più direttamente ed efficientemente.„