يستخدم العلماء الهيموجلوبين لصنع البطاريات لأول مرة

ولذلك، قام فريق البحث بتطوير أول بطارية متوافقة حيوياً (غير ضارة بالبشر) من خلال مشروع إثبات المفهوم الذي يستخدم الهيموجلوبين لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية في تفاعل كهروكيميائي.

سيعمل الهيموجلوبين كمحفز في بطاريات الزنك والهواء، وهي واحدة من أكثر البدائل استدامة للبطارية المهيمنة حاليًا في السوق: بطاريات الليثيوم أيون. أي أن الهيموجلوبين هو بروتين مسؤول عن تسهيل التفاعل الكهروكيميائي، المعروف باسم تفاعل تقليل الأكسجين (ORR)، والذي يسمح للهواء بالدخول إلى البطارية. يتم اختزال الأكسجين وتحويله إلى ماء في أحد أجزاء البطارية (الكاثود أو القطب الموجب)، مما يؤدي إلى إطلاق الإلكترونات وتمريرها إلى جزء آخر من البطارية (الأنود أو القطب السالب)، حيث تحدث أكسدة الزنك.

وكما يوضح مانويل كانو لونا، الباحث في جامعة كاليفورنيا: "لكي يكون المحفز محفزًا جيدًا في تفاعل اختزال الأكسجين، يجب أن يتمتع المحفز بخاصيتين: فهو يحتاج إلى امتصاص جزيئات الأكسجين بسرعة وتكوين جزيئات الماء بسهولة نسبية. ويلبي الهيموجلوبين هذه المتطلبات." في الواقع، من خلال هذه العملية، تمكن الفريق من جعل النموذج الأولي للبطارية المتوافقة حيويًا يعمل لمدة 20 إلى 30 يومًا باستخدام 0.165 ملليجرام من الهيموجلوبين.

وبالإضافة إلى أدائها القوي، فإن النموذج الأولي للبطارية الذي طوروه يتمتع أيضًا بمزايا أخرى. أولاً، على عكس البطاريات الأخرى التي تتأثر بالرطوبة وتحتاج إلى تصنيعها في جو خامل، تعد بطاريات الزنك والهواء أكثر استدامة ويمكنها تحمل الظروف الجوية القاسية.

ثانيًا، كما يشير CanoLuna، "إن استخدام الهيموجلوبين كمحفز متوافق حيويًا يحمل وعدًا كبيرًا لاستخدام مثل هذه الخلايا في الأجهزة المدمجة في جسم الإنسان، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب. تعمل الخلايا عند درجة حموضة تبلغ 7.4، مماثلة لدرجة الحموضة في الدم. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لوجود الهيموجلوبين في جميع الثدييات تقريبًا، يمكن أيضًا استخدام البروتينات الحيوانية."

ومع ذلك، لا تزال البطارية التي طوروها بحاجة إلى تحسين. الشيء الرئيسي هو أنها بطارية أساسية، لذلك لا يمكن تفريغها إلا. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن إعادة شحنه. لذا فإن الفريق يتخذ بالفعل الخطوة التالية للعثور على بروتين بيولوجي آخر يمكنه تحويل الماء إلى أكسجين لإعادة شحن البطارية. بالإضافة إلى ذلك، تعمل البطارية فقط في وجود الأكسجين، لذلك لا يمكن استخدامها في الفضاء.

ويفتح البحث المنشور في مجلة الطاقة والوقود الباب أمام بدائل وظيفية جديدة للبطاريات، حيث من المتوقع ظهور المزيد من الأجهزة المحمولة وزيادة الطلب على الطاقة المتجددة، مما يستلزم استخدام الأجهزة التي تخزن الطاقة الكهربائية الزائدة على شكل طاقة كيميائية. علاوة على ذلك، تعاني بطاريات الليثيوم أيون، وهي النوع الأكثر شيوعًا حاليًا، من ندرة الليثيوم وتأثيره البيئي كنفايات خطرة.

المصدر المجمع: ScitechDaily