Wissenschaftler haben die neueste Batterie auf der Basis von Hämoglobin entwickelt
Spanische und argentinische Wissenschaftler haben eine Batterie entwickelt, die Hämoglobin als Leiter für elektrochemische Reaktionen nutzt. Diese Batterie hält mehrere Wochen lang und kann in implantierbaren Geräten verwendet werden.
Hämoglobin ist ein Protein, das in Blutzellen (roten Blutkörperchen) vorkommt und eine wichtige Funktion im Körper erfüllt: Es transportiert Sauerstoff aus der Lunge in das Gewebe und nimmt Kohlendioxid zurück in die Lunge. Viele Wissenschaftler sind seit langem der Meinung, dass Hämoglobin aufgrund seiner Eigenschaften für die Entwicklung elektrochemischer Batterien verwendet werden kann, in denen Sauerstoff eine Schlüsselrolle spielt.
2017 führten Forscher der Universität Oxford (Großbritannien) eine Reihe von Experimenten mit Hämoglobin durch und stellten fest, dass es sich gut für Redoxprozesse (oder Redoxreaktionen) eignet, bei denen chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Gleichzeitig schlugen einige Experten vor, dass dieses lebenswichtige Protein zur Herstellung von Luft-Zink-Batterien verwendet werden könnte. Im Betrieb verwenden diese Batterien aus der Luft absorbierten Sauerstoff als Kathode und Zinkpulver als Anode.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Nationalen Universität von Córdoba (Argentinien) und der Polytechnischen Universität von Cartagena (Spanien) hat versucht, diese Idee in die Tat umzusetzen. Und sie hatten Erfolg. Chemiker haben die erste biokompatible Luft-Zink-Batterie entwickelt, bei der Hämoglobin an der elektrochemischen Reaktion beteiligt ist, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Es ist wichtig zu wissen, dass das Gerät nicht gesundheitsschädlich ist. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Energy & Fuels veröffentlicht.
In einer solchen Batterie spielt das Blutprotein die Rolle eines Katalysators. Es ist für die Sauerstoffreduktionsreaktion verantwortlich, die ein Schlüsselprozess in elektrochemischen Geräten zur Energieumwandlung und -speicherung ist. Bei dieser Reaktion, nachdem Luft in die Batterie gelangt ist, nimmt Sauerstoff an einer Reaktion teil, bei der Wasser entsteht. Danach werden Elektronen freigesetzt, die dann zur Zinkanode “wandern”, wo die Zinkoxidationsreaktion stattfindet.
“Damit ein Katalysator gut funktioniert, muss er zwei Eigenschaften haben: Er muss schnell Sauerstoffmoleküle aufnehmen und relativ leicht Wassermoleküle bilden können. Hämoglobin erfüllt diese Anforderungen voll und ganz”, erklärt Manuel Luna, einer der Autoren der Studie.
Nach Angaben des Wissenschaftlers funktionierte der von seinem Team entwickelte Prototyp der Batterie 20-30 Tage lang mit 0,165 Milligramm Hämoglobin. Diese Batterien sind widerstandsfähiger gegen widrige Umgebungsbedingungen als andere Batterien, so dass sie sicher in Herzschrittmachern und anderen implantierten Geräten eingesetzt werden können.
Die Forscher wiesen darauf hin, dass der größte Nachteil ihrer Entwicklung darin besteht, dass sie nicht wieder aufgeladen werden kann. Um diesen Nachteil zu beseitigen, muss ein anderes biologisches Protein ausgewählt werden, das Wasser wieder in Sauerstoff umwandelt, woran die Wissenschaftler derzeit arbeiten. Das neue Gerät kann nur in einer Sauerstoffumgebung verwendet werden; im Weltraum funktioniert es nicht.
