Гемоглобин — это белок в красных кровяных клетках, который переносит кислород из легких в ткани организма. Он жизненно необходим. А что если гемоглобин можно было бы использовать и в таких устройствах, как цинк-воздушные батареи, где кислород играет важную роль? Ученые разработали первую в мире батарею на основе гемоглобина, которая обладает рядом преимуществ и может работать от 20 до 30 дней.
Исследователи из Химического института энергетики и окружающей среды Кордовского университета успешно создали первую в мире биосовместимую батарею на основе гемоглобина , которая не вредна для организма. Это позволит проводить электрохимические реакции в течение 20-30 дней. Эта революционная батарея использует энергию гемоглобина в электрохимической реакции, преобразуя химическую энергию в электричество.
Исследователь из UCO Мануэль Кано Луна объясняет: «Чтобы быть хорошим катализатором в реакции восстановления кислорода, катализатор должен обладать двумя свойствами: он должен быстро поглощать молекулы кислорода и относительно легко образовывать молекулы воды. И гемоглобин соответствует этим требованиям».
В состав команды входят:
- Группы физической химии (FQM-204) и неорганической химии (FQM-175) в Университете Кордовы (UCO)
- Команда из г. Картахенский политехнический университет
Команда из Картахены ставит перед собой цель проверить и развить перспективные свойства гемоглобина для окислительно-восстановительных процессов генерации энергии. Эта инициатива возникла на основе исследования, проведенного Оксфордским университетом , и дипломного проекта в Университете Центральной Оклахомы, демонстрирующих потенциал гемоглобина в системах такого типа.
Их новое исследование предлагает варианты аккумуляторов для растущего спроса на мобильные устройства и увеличивающегося использования возобновляемых источников энергии. Это важно, поскольку современные литий-ионные аккумуляторы сталкиваются с проблемами дефицита лития и воздействия на окружающую среду.
Работа гемоглобиновой батареи
Цинково-воздушные батареи являются наиболее экологичной альтернативой используемым в настоящее время литий-ионным батареям. В новых разработанных батареях гемоглобин будет выполнять функцию катализатора.
- Это воля облегчить электрохимическую реакцию, Реакция восстановления кислорода (ОВК).
- Это приводит к тому, что воздух попадает в батарею, где восстанавливает кислород и преобразуется в воду на катоде или положительном полюсе батареи.
- Таким образом, высвобождаются электроны, которые переходят к отрицательному полюсу или аноду батареи. Здесь происходит окисление цинка.
В ходе этого процесса команда успешно добилась функциональности своего прототипа биосовместимой батареи, содержащей всего 0.165 миллиграмма гемоглобина, обеспечивающей поддержание заряда в течение 20-30 дней.
Преимущества цинково-воздушной гемоглобиновой батареи
Разработанный ими прототип аккумулятора демонстрирует не только высокую производительность, но и другие существенные преимущества.
- Цинк-воздушные батареи более прочныйи могут выдерживать суровые погодные условия, в отличие от других аккумуляторов, которые подвержены воздействию влажности и требуют специальных условий производства.
- Кроме того, Кано Луна отмечает, что использование гемоглобина в качестве биосовместимого катализатора открывает большие перспективы для интеграции этого типа батарей. в медицинских приборах, таких как кардиостимуляторы.
Батарея работает при pH 7.4, что аналогично pH крови. Животный белок (гемоглобин) также может быть использован, поскольку он содержится в большинстве млекопитающих.
Ученые разработали первую в истории батарею на основе гемоглобина, но ей еще есть куда стремиться. Ее главный недостаток заключается в том, что это первичная батарея, способная только разряжать электрический ток и не подлежащая перезарядке. Однако команда уже предпринимает необходимые шаги для поиска другого биологического белка, способного преобразовывать воду в кислород, что позволит эффективно перезарядить батарею. Кроме того, важно отметить, что для работы таких батарей потребуется присутствие кислорода, что делает их непригодными для использования в космосе.
Источник : Цинково-воздушная батарея на основе человеческого гемоглобина в нейтральном электролите
