第一个使用血红蛋白的电池原型

　　科尔多瓦大学(University of Cordoba)能源与环境化学研究所(IQUEMA)的一个研究小组发明了一种利用血红蛋白作为电化学反应促进剂的电池，这种电池的工作时间约为20-30天

　　

科尔多瓦大学(University of Cordoba)能源与环境化学研究所(IQUEMA)的一个研究小组发明了一种利用血红蛋白作为电化学反应促进剂的电池，这种电池的工作时间约为20-30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(然后将二氧化碳从肺部输送到身体的不同组织)。它对氧有很高的亲和力，是生命的基础，但是，如果它也是一种电化学装置的关键元素，在这种装置中氧也起着重要的作用，比如锌空气电池呢?

这就是Córdoba大学(UCO)的物理化学(FQM-204)和无机化学(FQM-175)小组想要验证和发展的东西，与卡塔赫纳理工大学的一个团队一起，在牛津大学的研究和UCO的最终学位项目证明了血红蛋白在这种类型的系统中产生能量的还原和氧化(氧化还原)过程中具有很好的特性。因此，研究小组通过概念验证项目，开发了第一个生物相容性电池(对身体无害)，利用血红蛋白进行电化学反应，将化学能转化为电能。

使用锌空气电池，这是目前主导市场的电池(锂离子电池)最可持续的替代品之一，血红蛋白将在这种电池中起到催化剂的作用。也就是说，它是一种蛋白质，负责促进被称为氧还原反应(ORR)的电化学反应，在空气进入电池后，导致氧气在电池的一个部分(阴极或正极)中被还原并转化为水，释放电子，电子传递到电池的另一部分(阳极或负极)，锌氧化发生。

UCO研究员Manuel Cano Luna解释说:“要成为氧还原反应中的良好催化剂，催化剂必须具有两个性质:它需要快速吸收氧分子，并且相对容易形成水分子。而血红蛋白符合这些要求。”事实上，通过这个过程，该团队成功地让他们的原型生物相容性电池在0.165毫克血红蛋白中工作了20到30天。

除了强大的性能，他们开发的电池原型还有其他优点。首先，锌空气电池更具可持续性，可以承受不利的大气条件，不像其他电池受湿度影响，需要惰性气氛来制造。其次，正如Cano Luna所说，“血红蛋白作为生物相容性催化剂的使用非常有前途，因为这种类型的电池可以用于集成到人体中的设备”，比如起搏器。事实上，电池的工作pH值为7.4，与血液的pH值相似。此外，由于血红蛋白存在于几乎所有的哺乳动物中，动物来源的蛋白质也可以被使用。

然而，他们开发的电池还有一些改进的空间。主要的一点是它是一次电池，所以它只释放电能。此外，它不能充电。因此，研究小组已经在采取下一步行动，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，所以它们不能在太空中使用。

这项发表在《Energy & Fuels》杂志上的研究，为电池的新功能替代品打开了一扇门，在这个背景下，越来越多的移动设备被期待，在这个背景下，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，当今最常见的锂离子电池面临着锂的稀缺和危险废物对环境的影响的问题。

参考:Valentín García-Caballero, Sebastián Lorca, Marta Villa-Moreno, Álvaro Caballero, Juan J. Giner-Casares, Antonio J. Fernández-Romero, and Manuel Cano, “Human Hemoglobin-Based Zinc–Air Battery in a Neutral Electrolyte,” Energy Fuels, 2023, 37, 23, 18210–18215,