軽量で生分解性のヘチマスポンジは、繰り返し揉むことでLEDに電力を供給するのに十分な電力を生み出すことができます。

文：Prachi Patel
2023年10月5日

ヘチマスポンジはシャワーで肌の角質を除去するために使われる人気のバス用品です。しかし、このスポンジに特殊な化学処理を施すと、絞ったときにLEDを点灯させるのに十分な電力を発生させることができると、研究者らが米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences）で発表しました。

この開発は、小型センサーやデバイスのための持続可能で低コスト、かつ生分解性の電源になる可能性がある、と北京航空航天大学（Beihang University）のLi-Hua Shao教授（航空科学・工学）は言います。

この進歩の背景にあるのは、ある種の材料がたわんだり動いたりするときに電力を発生する圧電性という能力です。最も一般的に知られている圧電結晶である水晶は、時計やマイクに使われています。ほとんどの圧電材料は通常、微量の電荷を発生します。しかし、研究者らは最近、木材を化学的に改良してスポンジ状にすることで、圧電出力を高める方法を発見しました。

Shao教授が率いる研究チームは、天然のスポンジでうまくいくかどうか試してみることにしました。瓜科の植物の熟した果実を乾燥させて作られるヘチマスポンジは、軽量で経済的でかつ豊富な天然素材です。

研究者らはまず、乾燥したスポンジを化学処理して、その構造を構成する2つの分子、リグニンとヘミセルロースを除去しました。これによりヘチマのセルロース結晶が残ります。過去には、木材を潰せるようにしたり、無色透明にしたり、発泡スチロールのようにしたり、折りたためるようにするために、同じような化学マジックを使った人もいます。

研究者らは、厚さ6ミリのスポンジを手で繰り返し絞り、8ナノアンペアの電気を発生させることができました。電力は小さいものの、複数のスポンジをつなげることで、LEDライトに短時間電力を供給することができました。「単位質量あたりの電気の出力は、一般的に使用されている従来の圧電材料を上回っており、一般的に市販されている圧電体の最大50倍だ」とShao教授は指摘します。

出力は小さいものの、この研究はより効率的な人工の多孔質材料を設計に繋がる道を示しています。自然界から動きを採取して電気を作り出す素材が生まれるかもしれません。

「自然素材を模倣し、最適化することで、より高出力の素材を設計し、他の大型の携帯機器に電力を供給できるようになると考えている。また、波や振動、風など環境から他のエネルギーを効果的に採取することもできる」とShao教授は言っています。

出典: Yudi Jiang et al. The giant flexoelectric effect in a luffa plant-based sponge for green devices and energy harvesters. Proc. Natl. Acad. Sci. 2023.