Hemoglobina to białko zawarte w czerwonych krwinkach, które transportuje tlen z płuc do tkanek. Jest niezbędna do życia. Co by było, gdyby hemoglobinę można było wykorzystać również w urządzeniach takich jak baterie cynkowo-powietrzne, gdzie tlen odgrywa istotną rolę? Naukowcy opracowali pierwszą w historii baterię wykorzystującą hemoglobinę, która ma szereg zalet i może działać przez około 20 do 30 dni.
Naukowcy z Instytutu Chemicznego Energii i Środowiska Uniwersytetu w Kordobie z powodzeniem stworzyli pierwszą na świecie biokompatybilną baterię wykorzystującą hemoglobinę , która nie jest szkodliwa dla organizmu. Wspomaga ona reakcje elektrochemiczne, działając przez około 20 do 30 dni. Ta rewolucyjna bateria wykorzystuje energię hemoglobiny w reakcji elektrochemicznej, przekształcając energię chemiczną w energię elektryczną.
Manuel Cano Luna , badacz z UCO, wyjaśnia: „Aby katalizator był dobrym katalizatorem w reakcji redukcji tlenu, musi mieć dwie właściwości: musi szybko absorbować cząsteczki tlenu i stosunkowo łatwo tworzyć cząsteczki wody. Hemoglobina spełniała te wymagania”.
W skład zespołu wchodzą:
- Grupy chemii fizycznej (FQM-204) i chemii nieorganicznej (FQM-175) na Uniwersytecie w Kordobie (UCO)
- Zespół z Politechnika w Kartagenie
Zespół Cartageny dąży do weryfikacji i rozwoju obiecujących właściwości hemoglobiny w procesie redoks w generowaniu energii. Inicjatywa ta zrodziła się z badania przeprowadzonego przez Uniwersytet Oksfordzki oraz projektu dyplomowego na UCO, które wykazały potencjał hemoglobiny w tego typu systemach.
Ich nowe badanie sugeruje opcje baterii dla rosnącego popytu na urządzenia mobilne i coraz większego wykorzystania energii odnawialnej. Jest to ważne, ponieważ obecne baterie litowo-jonowe borykają się z problemami niedoboru litu i wpływem na środowisko.
Działanie baterii hemoglobinowej
Akumulatory cynkowo-powietrzne stanowią najbardziej zrównoważoną alternatywę dla obecnie stosowanych akumulatorów litowo-jonowych. W nowo opracowanych akumulatorach hemoglobina będzie pełnić funkcję katalizatora.
- Będzie to ułatwiać reakcję elektrochemicznąReakcja redukcji tlenu (ORR).
- Powoduje to przedostanie się powietrza do akumulatora, gdzie redukuje tlen i przekształca się w wodę na katodzie (biegunie dodatnim akumulatora).
- W ten sposób uwalniane są elektrony, które przechodzą do bieguna ujemnego lub anody baterii. W tym miejscu następuje utlenianie cynku.
W trakcie tego procesu zespołowi udało się osiągnąć funkcjonalność prototypu biokompatybilnej baterii, wykorzystując zaledwie 0.165 miligrama hemoglobiny i utrzymując zasilanie przez 20 do 30 dni.
Zobacz także : CarbonScape rewolucjonizuje baterie pojazdów elektrycznych dzięki biografitowi na bazie drewna
Zalety baterii hemoglobinowej cynkowo-powietrznej
Opracowany przez nich prototyp akumulatora charakteryzuje się nie tylko wysoką wydajnością, ale również innymi istotnymi zaletami.
- Baterie cynkowo-powietrzne są trwalszyi wytrzymują trudne warunki atmosferyczne, w przeciwieństwie do innych akumulatorów, na które negatywnie wpływa wilgoć i które wymagają specjalnych warunków produkcji.
- Ponadto Cano Luna podkreśla, że wykorzystanie hemoglobiny jako biokompatybilnego katalizatora daje duże nadzieje na integrację tego typu baterii w urządzeniach medycznych, takich jak rozruszniki serca.
Bateria działa przy pH 7.4, podobnym do pH krwi. Można również stosować białko zwierzęce (hemoglobinę), ponieważ występuje u większości ssaków.
Naukowcy opracowali pierwszą w historii baterię wykorzystującą hemoglobinę, ale wciąż ma ona pewne możliwości udoskonalenia. Jej główną wadą jest to, że jest to bateria pierwotna, która może jedynie rozładowywać energię elektryczną i nie można jej ładować. Zespół podejmuje jednak już niezbędne kroki w celu znalezienia innego białka biologicznego zdolnego do przekształcania wody w tlen, co umożliwiłoby efektywne ładowanie baterii. Co więcej, należy zauważyć, że baterie te wymagałyby obecności tlenu do działania, co czyniłoby je nieodpowiednimi do użytku w kosmosie.
Źródło : Bateria cynkowo-powietrzna na bazie hemoglobiny ludzkiej w neutralnym elektrolicie
