Głównym elementem nowego źródła zasilania, odpowiedzialnym za stosunkowo wysokie napięcie i trwałość, jest pobierająca tlen z powietrza katoda o starannie zaprojektowanej konstrukcji, zbudowana z enzymu, nanorurek węglowych i polikrzemianu.
Człowiek coraz częściej korzysta z urządzeń wspomagających funkcjonowanie ciała. Dziś są to rozruszniki serca czy aparaty słuchowe, jutro będą to soczewki kontaktowe o automatycznie zmieniającej się ogniskowej lub wyświetlacze komputerowe generujące obraz bezpośrednio w oku.
Żadne z tych urządzeń nie będzie działało, jeśli nie zostanie wyposażone w wydajne i trwałe źródło zasilania. Najlepszym rozwiązaniem wydają się miniaturowe bioogniwa paliwowe zużywające substancje naturalnie występujące w ludzkim organizmie lub w jego bezpośrednim otoczeniu.
W Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie opracowano wydajną elektrodę do budowy bioogniw lub biobaterii tlenowo-cynkowych. Po umieszczeniu w ogniwie, nowa biokatoda przez wiele godzin wytwarza napięcie wyższe od otrzymywanego w dotychczasowych źródłach zasilania podobnej konstrukcji. Najciekawszy jest fakt, że urządzenie oddycha: działa z pełną wydajnością wtedy, gdy może pobierać tlen bezpośrednio z powietrza.
Zwykłe baterie i akumulatory nie nadają się do zasilania implantów w ludzkim ciele. Do ich budowy są bowiem używane silne zasady lub kwasy. Substancje te pod żadnym pozorem nie mogą dostać się do organizmu. Obudowa baterii musi więc gwarantować całkowitą szczelność. Ale im bardziej zmniejszamy baterię, tym lepiej musimy ją izolować. W skrajnych przypadkach obudowa zwykłej, tyle że zminiaturyzowanej baterii musiałaby mieć masę nawet kilkadziesiąt razy większą od masy części aktywnej, wytwarzającej prąd. Bioogniwa paliwowe mają tu istotną przewagę: nie wymagają obudowy. Aby otrzymać prąd, wystarczy wprowadzić do organizmu same elektrody.
“Jednym z najpopularniejszych doświadczeń z elektrochemii jest zrobienie bateryjki z ziemniaka poprzez umieszczenie w nim odpowiednio dobranych elektrod. My robimy coś podobnego, tyle że koncentrujemy się na bioogniwach i ulepszaniu katody. No i żeby całe przedsięwzięcie miało ręce i nogi, docelowo wolelibyśmy ziemniaka zastąpić… człowiekiem” – mówi dr Martin Jönsson-Niedziółka (IChF PAN).
W doświadczeniach grupa dr. Jönssona-Niedziółki wykorzystuje ogniwa tlenowo-cynkowe. Zasada ich działania nie jest nowa. Baterie zbudowane z ogniw tego typu były popularne zanim nastała era źródeł alkalicznych.
Badania mają znaczenie nie tylko z uwagi na miniaturyzację źródeł zasilania dla implantów medycznych, biosensorów czy świecących tatuaży. Procesy odpowiedzialne za generowanie prądu w bioogniwach potencjalnie nadają się do wykorzystania w produkcji energii elektrycznej w większej skali.