Hemoglobine is een eiwit in rode bloedcellen dat zuurstof van de longen naar de weefsels in het lichaam transporteert. Het is essentieel voor het leven. Wat als hemoglobine ook gebruikt zou kunnen worden in apparaten zoals zink-luchtbatterijen, waar zuurstof van groot belang is? Wetenschappers hebben de allereerste batterij ontwikkeld die gebruikmaakt van hemoglobine. Deze batterij heeft verschillende voordelen en kan zo'n 20 tot 30 dagen meegaan.
Onderzoekers van het Chemisch Instituut voor Energie en Milieu van de Universiteit van Córdoba zijn erin geslaagd ' s werelds eerste biocompatibele batterij te ontwikkelen met behulp van hemoglobine , een stof die niet schadelijk is voor het lichaam. Deze batterij ondersteunt elektrochemische reacties en werkt zo'n 20 tot 30 dagen. Deze revolutionaire batterij benut de kracht van hemoglobine in elektrochemische reacties en zet chemische energie om in elektriciteit.
Manuel Cano Luna , onderzoeker aan de UCO, legt uit: "Om een goede katalysator te zijn in de zuurstofreductiereactie, moet de katalysator twee eigenschappen bezitten: hij moet snel zuurstofmoleculen kunnen absorberen en relatief gemakkelijk watermoleculen kunnen vormen. En hemoglobine voldeed aan die eisen."
Het team bestaat uit de volgende personen:
- De groepen Fysische Chemie (FQM-204) en Anorganische Chemie (FQM-175) aan de Universiteit van Córdoba (UCO)
- Een team uit de Polytechnische Universiteit van Cartagena
Het team van Cartagena wil de veelbelovende eigenschappen van hemoglobine voor het redoxproces van energieopwekking verifiëren en verder ontwikkelen. Dit initiatief vloeide voort uit een onderzoek van de Universiteit van Oxford en een afstudeerproject aan de UCO, waarin het potentieel van hemoglobine in dit type systeem werd aangetoond.
Hun nieuwe studie suggereert batterijopties voor de groeiende vraag naar mobiele apparaten en het toenemende gebruik van hernieuwbare energieën. Dit is belangrijk omdat huidige lithium-ionbatterijen problemen hebben met lithiumschaarste en milieu-impact.
Werking van de hemoglobinebatterij
Zink-luchtbatterijen zijn het meest duurzame alternatief voor de momenteel gebruikte lithium-ionbatterijen. In de nieuw ontwikkelde batterijen zou hemoglobine als katalysator fungeren.
- Dit zal de elektrochemische reactie vergemakkelijken, Zuurstofreductiereactie (ORR).
- Hierdoor komt de lucht in de batterij terecht, waar de zuurstof wordt gereduceerd en in de kathode of positieve pool van de batterij wordt omgezet in water.
- Er komen dus elektronen vrij die naar de negatieve pool of anode van de batterij gaan. Hier vindt zinkoxidatie plaats.
Tijdens dit proces slaagde het team erin om de functionaliteit van hun prototype biocompatibele batterij te realiseren met slechts 0.165 milligram hemoglobine, waarmee de batterij 20 tot 30 dagen lang stroom kon leveren.
Zie ook : CarbonScape revolutioneert EV-accu's met biografiet op houtbasis
Voordelen van zink-lucht hemoglobinebatterij
Het door hen ontwikkelde prototype van de batterij levert niet alleen uitstekende prestaties, maar biedt ook andere belangrijke voordelen.
- Zink-luchtbatterijen zijn duurzamere en kunnen zware weersomstandigheden aan, in tegenstelling tot andere batterijen die gevoelig zijn voor vochtigheid en speciale productieomgevingen nodig hebben.
- Bovendien wijst Cano Luna erop dat het gebruik van hemoglobine als biocompatibele katalysator veelbelovend is voor de integratie van dit type batterij. in medische hulpmiddelen zoals pacemakers.
De batterij werkt bij pH 7.4, vergelijkbaar met de pH van bloed. Dierlijke proteïne (hemoglobine) kan ook worden gebruikt omdat het in de meeste zoogdieren voorkomt.
Wetenschappers hebben de allereerste batterij ontwikkeld die gebruikmaakt van hemoglobine, maar er is nog ruimte voor verbetering. Het grootste nadeel is dat het een primaire batterij is die alleen elektrische energie kan afgeven en niet kan worden opgeladen. Het team is echter al bezig met het zoeken naar een ander biologisch eiwit dat water kan omzetten in zuurstof, waardoor de batterij wel oplaadbaar wordt. Bovendien is het belangrijk om te weten dat deze batterijen zuurstof nodig hebben om te functioneren, waardoor ze ongeschikt zijn voor gebruik in de ruimte.
Bron : Zink-luchtbatterij op basis van menselijk hemoglobine in een neutrale elektrolyt
