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2024-01-11 11:22:09

开发出第一个使用血红蛋白的电池原型

导读 科尔多瓦大学能源与环境化学研究所 (IQUEMA) 的一个团队开发出了一种使用血红蛋白作为电化学反应促进剂的电池,其使用寿命约为 20-30 ...

科尔多瓦大学能源与环境化学研究所 (IQUEMA) 的一个团队开发出了一种使用血红蛋白作为电化学反应促进剂的电池,其使用寿命约为 20-30 天。

血红蛋白是红细胞中存在的一种蛋白质,负责将氧气从肺部输送到身体的不同组织(然后以相反的方式转移二氧化碳)。它对氧具有非常高的亲和力,是生命的基础,但是,如果它也是氧气也发挥重要作用的电化学装置(例如锌空气电池)的关键元素呢?

这是科尔多瓦大学 (UCO) 的物理化学 (FQM-204) 和无机化学 (FQM-175) 小组希望与卡塔赫纳理工大学的团队在大学研究后验证和开发的内容牛津大学和 UCO 的最终学位项目证明,血红蛋白在还原和氧化(氧化还原)过程中具有良好的特性,通过该过程在此类系统中产生能量。因此,研究团队通过概念验证项目开发了第一个生物相容性电池(对身体无害),在电化学反应中使用血红蛋白将化学能转化为电能。

使用锌空气电池(目前主导市场的电池(锂离子电池)最可持续的替代品之一),血红蛋白将在此类电池中充当催化剂。也就是说,它是一种负责促进电化学反应的蛋白质,称为氧还原反应(ORR),当空气进入​​电池后,氧气在电池的某个部分被还原并转化为水。 (阴极或正极),释放电子传递到电池的另一部分(阳极或负极),在那里发生锌氧化。

正如 UCO 研究员 Manuel Cano Luna 解释的那样:“要成为氧还原反应的良好催化剂,催化剂必须具备两个特性:需要快速吸收氧分子,并相对容易地形成水分子。而血红蛋白满足这些要求。” 事实上,通过这个过程,该团队成功地让他们的生物相容性电池原型能够与 0.165 毫克血红蛋白一起工作 20 到 30 天。

除了性能强劲之外,他们开发的电池原型还具有其他优势。首先,锌空气电池更具可持续性,可以承受不利的大气条件,这与其他受湿度影响且需要惰性气氛来制造的电池不同。其次,正如卡诺·卢纳(Cano Luna)所说,“使用血红蛋白作为生物相容性催化剂是非常有前途的,因为这种类型的电池在集成到人体的设备中的使用”,例如起搏器。事实上,电池的工作pH值为7.4,与血液的pH值相似。此外,由于血红蛋白几乎存在于所有哺乳动物中,因此也可以使用动物来源的蛋白质。

然而,他们开发的电池还有一些改进的空间。主要的是它是一次电池,所以它只释放电能。此外,它不可充电。因此,该团队已经在采取下一步措施,寻找另一种可以将水转化为氧气的生物蛋白质,从而为电池充电。此外,这种电池只能在有氧气的情况下工作,因此不能在太空中使用。

这项研究发表在《能源与燃料》杂志上,为电池的新功能替代品打开了大门,在这种背景下,预计会有越来越多的移动设备,并且对可再生能源的承诺不断增加,因此有必要拥有以化学能形式存储多余电能的设备。最重要的是,当今最常见的电池锂离子电池面临着锂稀缺及其作为危险废物对环境影响的问题。