Молекулу крови смогут использовать в производстве аккумуляторов

Молекула, которая переносит кислород в крови, может стать ключом к разработке нового поколения аккумуляторов — источника энергии, безопасного для окружающей среды.

Литий-кислородные (Li-O2) батареи появились в последние годы в качестве возможного преемника литий-ионных (промышленного стандарта в бытовой электронике), благодаря способности долго удерживать заряд. Новые электронные устройства смогут работать в течение нескольких недель без подзарядки — электрические автомобили будут путешествовать в четыре-пять раз дольше, чем с обычными литий-ионными батареями.

Однако прежде чем это произойдёт, исследователи должны сделать батареи Li-O2 достаточно эффективными для коммерческого использования, а именно предотвратить образование перекиси лития — твёрдого осадка, который покрывает поверхность кислородных электродов. Перед учёными встала задача найти вещество, которое бы эффективно содействовало процессу, известному как реакция с выделением кислорода, в котором оксид лития разлагается на ионы лития и газообразный кислород.

Лаборатория Андре Тейлора, доцента химической и экологической инженерии, определила молекулу, известную как гем, которая может выступать в качестве такого вещества. Исследование показало, что эта молекула улучшила качество функционирования элементов Li-O2 за счёт снижения количества энергии, необходимой для увеличения времени рабочего цикла батареи.

Результаты представлены 19 октября в журнале Nature Communications. Ведущий автор — Вон-Хи Рю, бывший исследователь в лаборатории Тейлора, доцент кафедры химической и биологической инженерии в Женском университете Sookmyung в Южной Корее.

Гем представляет собой молекулу, которая составляет одну из двух частей гемоглобина — он переносит кислород в крови животных. В аккумуляторах, говоря словами профессора, молекула будет растворяться в электролитах и действовать как окислительно-восстановительный «посредник», который понижает энергетический барьер, необходимый для протекания электрохимической реакции.

Вон-Хи Рю, участница исследования:

Когда вы вдыхаете воздух, молекула гема поглощает кислород из воздуха в лёгкие, когда выдыхаете, она переносит углекислый газ обратно. Так как молекула мощно связана с кислородом, мы видим её как потенциал к повышению эффективности перспективных литий-воздушных батарей.

Исследователи добавили, что открытие молекулы гема поможет уменьшить количество отходов в животноводстве:

Мы используем биомолекулы, которые обычно выбрасывают. Работники животноводческой промышленности каким-то образом должны выяснить, как распоряжаться кровью. Теперь мы можем забирать молекулы гема из этих отходов и использовать их для хранения возобновляемой энергии.

Рю отметила, что при вторичной переработке биологических отходов в качестве материала-катализатора технология получается одновременно эффективной и безопасной для окружающей среды.