Гемоглобин, почти повсеместно встречающийся у млекопитающих, стали использовать в прототипе цинково-воздушной батареи. В системе он участвует в реакции восстановления кислорода, обычно выполняемой драгоценными металлами или их соединениями, например, платиной. Благодаря этому гемоглобин может быть более экологичной альтернативой. Перспективно применение такой батареи в имплантируемых медицинских устройствах.
Гемоглобин — важный белок красных кровяных телец. Он осуществляет две главные функции: перенос углекислого газа из тканей в легкие для выдыхания и доставку кислорода из легких во все ткани организма.
Способность этого белка эффективно связываться с кислородом заинтересовала исследователей. Ученые из Университета Кордовы и Политехнического университета Картахены использовали это свойство для создания прототипа инновационной цинково-воздушной батареи, работающей с гемоглобином. .
Каталитическая роль
Работа батареи строится на окислении и восстановлении двух разных элементов. В цинково-воздушной батарее цинк на аноде подвергается окислению, от него отходят электроны. На катоде кислород из воздуха восстанавливается, принимая утерянные электронами цинка. Этот поток электронов к катоду создает электричество. Одновременно окисленный кислород взаимодействует с водородом из электролита, образуя молекулы воды.
Гемоглобин в новой батарее выполняет важную роль, ускоряя восстановление кислорода. В прототипе исследователи использовали 0,165 миллиграмма этого вещества. Катализатор — вещество, которое ускоряет химическую реакцию без расхода самого себя.
Исследователи считают, что гемоглобин отлично подходит для роли эффективного катализатора благодаря природной способности быстро и эффективно связываться с молекулами кислорода. Это вещество также облегчает реакцию между кислородом и ионами водорода для получения воды, что исследователи признают важным моментом.
Неперезаряжаемая батарея?
Цинково-воздушная гемоглобиновая батарея нашла применение в имплантируемых медицинских устройствах, например, кардиостимуляторах. Благодаря биосовместимости и способности функционировать в среде с рН, близким к рН крови, гемоглобин подходит для вживления в организм человека. Это снижает риск побочных реакций и обеспечивает более безопасный и стабильный источник энергии для медицинских устройств.
Несмотря на многообещающие перспективы, исследователям предстоит задача сделать батарею перезаряжаемой, так как текущая версия предназначена только для одноразового использования. Для этого изучают возможность применения другого биологического белка, который упростил бы перезарядку. Он должен способен катализировать реакцию, противоположную реакции восстановления кислорода, то есть диссоциировать молекулы воды. Это позволит регенерировать и перезаряжать основные компоненты батареи.