Сензационно: създаден е първият в света прототип на батерия използваща хемоглобин

Откритието по нещо напомня на емблематичния филм „Матрицата“.

Хемоглобинът, който присъства в почти всички бозайници, наскоро бе използван в иновативен прототип на цинково-въздушна батерия. В тази нова система хемоглобинът участва в реакцията на възстановяване на кислорода. В конвенционалните цинково-въздушни батерии тази роля обикновено се изпълнява от благородни метали или съединения на основата на благородни метали, като платина или платинови сплави. В този смисъл хемоглобинът може да стане една потенциално по-екологична алтернатива. Едно от най-обещаващите приложения на батерията с хемоглобин и цинк обаче е използването ѝ в медицинските електронни устройства за имплантиране.

Хемоглобинът, ключов протеин, съдържащ се в червените кръвни клетки, изпълнява две важни биологични функции. Първо, той помага за пренасянето на въглеродния диоксид от тъканите до белите дробове, където след това се издишва. Второ, той отговаря за преноса на кислород от белите дробове до различните тъкани на тялото.

Именно способността на този протеин да се свързва ефективно с кислорода предизвиква интереса на изследователите. Учените от Университета в Кордоба и Политехническия университет в Картахена са използвали това свойство, за да разработят прототип на иновативна цинково-въздушна батерия, която работи с хемоглобин. Подробностите са публикувани в списание Energy & Fuels.

Каталитичната роля

Важно е да се разбере, че работата на батерията се основава на реакциите на окисление и редукция на два различни елемента. В случая на цинково-въздушната батерия цинкът в анода претърпява реакция на окисление, като при това губи електрони. На катода кислородът, съдържащ се във въздуха, претърпява редукционна реакция, в резултат на която цинкът получава електроните, които преди това е загубил. Този поток от електрони към катода генерира електричество. В същото време кислородът реагира с водорода от електролита на батерията и образува молекули вода.

Хемоглобинът в новата батерия играе ключова роля в този процес, като действа като катализатор на реакцията на редукция на кислорода. В своя прототип изследователите са използвали само 0,165 милиграма от това вещество. Да припомним, че катализаторът е вещество, което ускорява химичната реакция, без да се изразходва.

Според изследователите хемоглобинът напълно отговаря на критериите за ефективен катализатор поради естествената си способност бързо и ефикасно да се свързва с молекулите на кислорода. Освен това този протеин улеснява реакцията между кислорода и водородните йони за получаване на вода, което според изследователите също е много важен аспект.

Батерия, която не може да се презарежда?

Едно от най-обещаващите приложения на батерията от цинк и въздух с хемоглобин е използването ѝ в имплантираните медицински устройства като пейсмейкъри. Поради биосъвместимостта си и способността си да работи в среда с рН, подобно на това на кръвта, хемоглобинът е особено подходящ за вграждане в човешкото тяло. По този начин използването на тези батерии в медицинските изделия би могло да намали риска от нежелани реакции. Както и да осигури по-безопасен и стабилен източник на енергия.

Въпреки обещаващите перспективи обаче изследователите все още са изправени пред предизвикателството да направят батерията презареждаща се. Настоящият вариант е предназначен само за еднократна употреба. За тази цел те проучват възможността за използване на друг биологичен протеин, който би улеснил процеса на презареждане на батерията. Този протеин би трябвало да може да катализира реакция, обратна на реакцията на редукцията на кислорода. Тоест да дисоциира водните молекули, което би позволило основните компоненти на батерията да бъдат регенерирани и зареждани.