Limon benzeri asitler, jelatin ve biyolojik olarak parçalanabilen metallerden üretilen çevre dostu yeni bir pil, giyilebilir cihazlar ve tıbbi implantlar için enerji kaynağı adayı olarak tanıtıldı. McGill Üniversitesi Trottier Mühendislik ve Tasarım Sürdürülebilirlik Enstitüsü’nden ekip, bükülebilen, esneyebilen ve çevrede doğal olarak parçalanabilen bir pil geliştirdi. Tasarım, giyilebilir cihazların yarattığı pil atığını azaltma amacını taşıyor.
Araştırma sorumlusu ve Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Doçenti Sharmistha Bhadra, laboratuvarlarında giyilebilir cihazlar için çok sayıda pil kullanıldığını ve bunların sonunda atık hâline geldiğini belirterek, projenin biyolojik olarak parçalanabilir, esnek ve aynı zamanda performansı kabul edilebilir bir pil üretme fikrinden doğduğunu ifade ediyor.
BİYOBOZUNUR PİL TASARIMI
Ekip, geleneksel pillerdeki ağır metal elektrotları biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerle değiştirmeye odaklandı. Biyobozunur pil çalışmalarında sık kullanılan magnezyum ve molibdenin ağır metallere göre daha kolay bozunduğu, ancak daha düşük performans sunduğu biliniyor. Önceki magnezyum bazlı tasarımlarda, metal üzerinde oluşan ve elektrot–elektrolit etkileşimini zayıflatan bir tabaka voltajı ve pil ömrünü düşürüyordu.
ASİTLER VE JELATİN
Araştırmacılar bu sorunu çözmek için doğal sitrik asit ve laktik asit kullandı. Bu asitler jelatinle karıştırıldığında söz konusu tabakanın oluşmasını engelledi ve verim arttı.
Pil geliştirme çalışmalarına liderlik eden doktora öğrencisi Junzhi Liu, magnezyumun reaksiyonu durduran bir tabaka oluşturabildiğini, sitrik veya laktik asitle bu tabakanın parçalanabildiğini ve pilin voltajı ile ömrünün uzadığını aktarıyor. Sitrik asit fikri, çocuklukta yapılan limon pili deneylerinden esinlenerek gündeme geldi. Cihazın günlük kullanıma uygun olması için asitler jelatin içinde süspanse edilerek yumuşak, esnek bir elektrolit elde edildi.
KİRİGAMİ ESNEKLİK TESTİ
Pil yapısı, malzemelerin yırtılmadan genişlemesine ve bükülmesine izin veren kirigami deseninde kesildi. Kirigami daha önce esnek elektroniklerde kullanılmış olsa da biyobozunur pillerde sınırlı örneğe sahip. Testlerde kirigami desenli pilin performans kaybı olmadan yüzde 80’e kadar esneyebildiği görüldü. Ekip daha sonra pili bir basınç sensörüne bağlayarak pratik bir deneme yaptı. Pil, standart bir AA pilin 1,5 voltluk gerilimine yakın, yaklaşık 1,3 volt üretti ve giyilebilir elektroniklerin çalışması için yeterli olduğu gösterildi.
Bhadra, parmağa takılan, dokunmaya duyarlı bir cihazın bu pille çalıştırıldığını, tasarımın implante edilebilir tıbbi cihazlar, yumuşak giyilebilir cihazlar ve esnek IoT sensörleri için uygun bir örnek sunduğunu belirtiyor.
E-ATIK SORUNUNA YAKLAŞIM
Araştırmacılar, teknolojiyi geliştirmek için endüstri ortakları arıyor. Gelecek adımlar arasında implant tasarımının küçültülmesi, pil performansının artırılması ve tamamen biyolojik olarak parçalanabilen devrelerle entegrasyon yer alıyor.
Bhadra, projenin temel motivasyonunun artan elektronik atık olduğunu vurguluyor. Atık sahalarında yıllar içinde biriken elektronik cihazlara ve yetersiz geri dönüşüme dikkat çekerek, bu atıkların önemli kısmının düşük gelirli ülkelere gittiğini belirtiyor. Ekip, biyolojik olarak parçalanabilen elektronik cihazların geliştirilmesinin bu sorunun bir bölümünü hafifletmeye katkı sağlayabileceğini ifade ediyor.
