Naukowcy opracowali najnowszą baterię opartą na hemoglobinie
Hiszpańscy i argentyńscy naukowcy opracowali baterię, która wykorzystuje hemoglobinę jako przewodnik reakcji elektrochemicznych. Bateria ta wystarcza na kilka tygodni i może być stosowana w urządzeniach wszczepialnych.
Hemoglobina to białko znajdujące się w komórkach krwi (czerwonych krwinkach), które pełni ważną funkcję w organizmie: dostarcza tlen z płuc do tkanek i odprowadza dwutlenek węgla z powrotem do płuc. Wielu naukowców od dawna uważa, że hemoglobina może być wykorzystywana w rozwoju baterii elektrochemicznych, w których tlen odgrywa kluczową rolę ze względu na swoje właściwości.
W 2017 r. naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego (Wielka Brytania) przeprowadzili serię eksperymentów z hemoglobiną i odkryli, że dobrze nadaje się ona do procesów redoks (lub reakcji redoks), które przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną.
Jednocześnie niektórzy eksperci zasugerowali, że to ważne białko może zostać wykorzystane do stworzenia baterii cynkowo-powietrznych. Podczas pracy baterie te wykorzystują tlen pochłaniany z powietrza jako katodę i proszek cynku jako anodę.
Grupa naukowców z Narodowego Uniwersytetu w Kordobie (Argentyna) i Politechniki w Kartagenie (Hiszpania) próbowała wcielić ten pomysł w życie. I udało im się. Chemicy opracowali pierwszą biokompatybilną baterię powietrzno-cynkową, w której hemoglobina bierze udział w reakcji elektrochemicznej przekształcającej energię chemiczną w energię elektryczną. Należy zauważyć, że urządzenie nie jest szkodliwe dla zdrowia. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Energy & Fuels.
W takiej baterii białko krwi odgrywa rolę katalizatora, jest odpowiedzialne za reakcję redukcji tlenu, która jest kluczowym procesem w urządzeniach elektrochemicznych do konwersji i magazynowania energii. Podczas tej reakcji, po dostaniu się powietrza do akumulatora, tlen bierze udział w reakcji, w wyniku której powstaje woda. Następnie uwalniane są elektrony, które “przechodzą” do anody cynkowej, gdzie zachodzi reakcja utleniania cynku.
“Aby katalizator działał dobrze, musi mieć dwie właściwości: musi szybko absorbować cząsteczki tlenu i musi stosunkowo łatwo tworzyć cząsteczki wody. Hemoglobina w pełni spełnia te wymagania” – wyjaśnił Manuel Luna, jeden z autorów badania.
Według naukowca, prototypowa bateria stworzona przez jego zespół działała z 0,165 miligrama hemoglobiny przez 20-30 dni. Baterie te są bardziej odporne na niekorzystne warunki środowiskowe niż inne baterie, co pozwoli na ich bezpieczne stosowanie w rozrusznikach serca i innych wszczepianych urządzeniach.
Naukowcy zauważyli, że główną wadą ich opracowania jest to, że nie można go naładować. Aby wyeliminować tę wadę, konieczne jest wybranie innego białka biologicznego, które przekształci wodę z powrotem w tlen, nad czym obecnie pracują naukowcy. Nowe urządzenie może być używane tylko w środowisku tlenowym; nie będzie działać w przestrzeni kosmicznej.
