Yeni Bir Biyouyumlu Batarya: Hemoglobin Tabanlı Çinko-Hava Pilleri
İspanya’daki Córdoba Üniversitesi’nden bilim insanları, kırmızı kan hücrelerinin temel bileşeni olan hemoglobini kullanarak, 20 ila 30 gün boyunca çalışabilen bir batarya prototipi geliştirmeyi başardılar. Bu yenilikçi çinko-hava pilleri, günümüzde dizüstü bilgisayarlardan elektrikli araçlara kadar pek çok alanda yaygın olarak kullanılan lityum iyon pillere sürdürülebilir bir alternatif sunuyor. Bu piller, oksijen indirgeme reaksiyonu adı verilen kimyasal bir süreçle çalışıyor.
Bataryanın işletim süreci, hava çekildikçe katotta (pozitif uç) oksijenin suya indirgenmesi ve anotta (negatif uç) çinkonun oksitlenmesi ile gerçekleşiyor. Ancak bu reaksiyonun devam etmesi için bazı özel özelliklere sahip etkili bir katalizör kullanılması gerekiyor. Araştırmacılar, hemoglobinin bu katalizörlük özelliklere sahip olduğunu keşfetti.
Kıdemli yazar Manuel Cano Luna, bu konuyla ilgili yaptığı açıklamada, “Oksijen indirgeme reaksiyonunda etkili bir katalizör olabilmesi için, katalizörün iki temel özelliğe sahip olması gerekir: Oksijen moleküllerini hızlı bir şekilde absorbe edebilmesi ve nispeten kolay bir şekilde su molekülleri oluşturabilmesi” dedi ve ekledi: “Ve hemoglobin bu kriterleri başarıyla karşılıyor.”
Hemoglobin, kırmızı kan hücrelerine karakteristik kırmızı rengini veren ve aynı zamanda oksijen taşıma kapasitesini artıran bir proteindir. Bu maddenin vücudumuzun hayati işlevleri için kritik bir rol oynamasının yanı sıra, bataryalarda da oldukça etkileyici bir performans sergilediği gözlemlendi. Sadece 0,165 miligram hemoglobin, bir bataryayı 20-30 gün boyunca çalışır durumda tutabiliyor.
Araştırmacılar, bu tür pillerin kalp pili gibi vücuda yerleştirilen cihazlarda kullanılması durumunda, biyouyumlu bir katalizör kullanmanın büyük önem taşıyabileceğini vurguluyor. Bu piller, kanın pH düzeyine çok benzer bir pH 7,4 seviyesinde çalışmakta. Hemoglobin analogları birçok memelide mevcut olduğundan, bu tekniğin insanlar dışındaki canlılarda da uygulanabilirliği söz konusu. Ancak bu yöntemin mükemmelleştirilmesi amacıyla daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.
Şu anki en büyük zorluk, prototipin yeniden şarj edilemiyor olması. Bu nedenle ekip, suyu tekrar oksijene dönüştürebilecek ve reaksiyon döngüsünü baştan başlatabilecek bir protein arayışında. Ayrıca, bu pillerin oksijene bağımlılığı, uzaydaki uygulamalarda kullanılamayacakları anlamına geliyor.
Bu çalışma, Energy & Fuels dergisinde yayınlandı.
