科学家首次利用血红蛋白制造出电池
科尔多瓦大学能源与环境化学研究所（IQUEMA）的研究人员开发出了一种利用血红蛋白促进电化学反应的电池，其功能可维持约 20 至 30 天。血红蛋白是存在于红细胞中的一种蛋白质，负责将氧气从肺部输送到身体的不同组织（然后再反向输送二氧化碳），它与氧气的亲和力非常高，是生命的基本要素，但是，如果它也是一种电化学装置（如锌-空气电池）的关键元素，而氧气在其中也发挥着重要作用，那又会怎样呢？
这正是科尔多瓦大学（UCO）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（Polytechnic University of Cartagena）的一个小组共同验证和开发的成果。此前，牛津大学的研究和科尔多瓦大学（UCO）的一个最终学位项目表明，血红蛋白在还原和氧化（氧化还原）过程中具有良好的特性，而能量正是在这种系统中产生的。
科尔多瓦大学研究团队。资料来源：科尔多瓦大学
因此，研究小组通过一个概念验证项目，利用血红蛋白在电化学反应中将化学能转化为电能，开发出了第一种生物兼容电池（对人体无害）。
锌-空气电池是目前市场上占主导地位的电池（锂离子电池）的最可持续替代品之一，利用锌-空气电池，血红蛋白将在这种电池中发挥催化剂的作用。也就是说，血红蛋白是一种蛋白质，负责促进电化学反应，即氧气还原反应（ORR），使空气进入电池后，氧气在电池的一个部分（阴极或正极）被还原并转化为水，释放出电子，并将其传递到电池的另一个部分（阳极或负极），在那里锌发生氧化。
正如 UCO 研究员 Manuel Cano Luna 所解释的那样："要成为氧还原反应中的良好催化剂，催化剂必须具备两个特性：它需要快速吸收氧分子，并相对容易地形成水分子。而血红蛋白符合这些要求"。事实上，通过这个过程，研究小组成功地让他们的生物兼容电池原型在使用 0.165 毫克血红蛋白的情况下工作了 20 到 30 天。
除了性能强大之外，他们开发的电池原型还具有其他优势。首先，锌空气电池与其他受湿度影响、需要在惰性气氛中制造的电池不同，锌空气电池更具可持续性，能够承受恶劣的大气条件。
其次，正如卡诺-卢纳（Cano Luna）所言，"将血红蛋白用作生物相容性催化剂，对于在心脏起搏器等与人体结合的设备中使用这种电池来说，前景十分广阔，这种电池的工作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体内，因此也可以使用动物蛋白。"
不过，他们开发的电池还有一些需要改进的地方。主要是它是一种原电池，因此只能放电。此外，它还不能充电。因此，研究小组已经在采取下一步措施，寻找另一种能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。
这项发表在《能源与燃料》（Energy & Fuels）杂志上的研究为电池的新功能替代品打开了大门，因为人们期待有越来越多的移动设备出现，而且对可再生能源的需求也在不断增加，因此有必要使用以化学能形式储存多余电能的设备。最重要的是，目前最常见的锂离子电池存在锂稀缺和作为危险废物对环境造成影响的问题。
编译来源：ScitechDaily
