Он может найти применение в медицинских устройствах, но есть некоторые недостатки, которые необходимо устранить.
Ученые из Университета Кордовы (Испания) придумали, как включить гемоглобин – ключевой компонент красных кровяных телец – в батарею, создав прототип, который проработал около 30 дней.
Цинково-воздушные батареи – одна из самых экологичных альтернатив вездесущим литий-ионным аккумуляторам, которые уже питают все – от ноутбуков до электромобилей. Они работают за счет химической реакции, называемой реакцией восстановления кислорода. Когда воздух втягивается в батарею, кислород на катоде (положительном конце) превращается в воду, освобождая электроды, которые окисляют цинк на аноде (отрицательном конце).
Чтобы эта реакция продолжалась, нужен хороший катализатор, обладающий весьма специфическими свойствами. Исследователи поняли, что гемоглобин определенно обладает такими свойствами. “Чтобы быть хорошим катализатором в реакции восстановления кислорода, катализатор должен обладать двумя свойствами: быстро поглощать молекулы кислорода и относительно легко образовывать молекулы воды”, – пояснил старший автор исследования Мануэль Кано Луна. “Гемоглобин полностью отвечает таким требованиям”.
Гемоглобин – это белок, который придает красным кровяным тельцам характерный оттенок и способность переносить кислород. Он является основополагающим для работы нашего организма, и в батарее он тоже оказался весьма эффективным: всего 0,165 миллиграмма гемоглобина поддерживали ее жизнедеятельность в течение примерно 30 дней.
Исследователи говорят, что использование такого биосовместимого катализатора может стать ключевым фактором, если эти батареи будут использоваться в устройствах, которые имплантируются внутрь тела, например, в кардиостимуляторах. Батарея работает при pH 7,4, что очень похоже на pH крови. Возможности применения могут распространяться не только на людей, поскольку аналоги гемоглобина присутствуют у многих млекопитающих.
Однако до совершенства еще далеко. Самая большая проблема на данный момент заключается в том, что прототип не перезаряжается, поэтому команда ищет белок, который мог бы превращать воду обратно в кислород и запускать цикл реакции с самого начала. Еще одним ограничением является тот факт, что кислород является обязательным условием, а значит, такие батареи нельзя будет использовать в космосе.
Но это все равно интересная технология. Накопление энергии остается серьезным препятствием в стремлении человечества двигаться к более устойчивому будущему. Батареи постоянно совершенствуются. Хотя литий-ионные аккумуляторы, несомненно, являются важной частью этой истории, проблемы, связанные с добычей достаточного количества лития и отходами, которые после этого остаются, означают, что есть место для других вариантов.
Биосовместимая батарея на основе гемоглобина может стать одним из них.
Исследование опубликовано в журнале Energy & Fuels.
Читайте также: Изменяющие время квантовые батареи могут превзойти химические аналоги для хранения энергии