Investigadores del Instituto de Química Energética y Ambiental (IQUEMA) de la Universidad de Córdoba han desarrollado una batería que utiliza hemoglobina para promover reacciones electroquímicas y puede mantener su funcionalidad durante unos 20 a 30 días. La hemoglobina, una proteína que se encuentra en los glóbulos rojos y que transporta oxígeno desde los pulmones a diferentes tejidos del cuerpo (y luego dióxido de carbono), tiene una afinidad muy alta por el oxígeno y es un elemento esencial para la vida, pero ¿y si también es un elemento clave en un dispositivo electroquímico, como una batería de zinc-aire, en el que el oxígeno también desempeña un papel?
Esto es exactamente lo que los grupos de Química Física (FQM-204) y Química Inorgánica (FQM-175) de la Universidad de Córdoba (UCO) esperan validar y desarrollar junto con un grupo de la Universidad Politécnica de Cartagena. Investigaciones anteriores en la Universidad de Oxford y un trabajo final de carrera en la Universidad de Córdoba (UCO) demostraron que la hemoglobina tiene propiedades favorables durante los procesos de reducción y oxidación (redox), sistema en el que se produce la energía.
Por ello, el equipo de investigación desarrolló la primera batería biocompatible (inofensiva para los humanos) mediante un proyecto de prueba de concepto que utiliza hemoglobina para convertir energía química en energía eléctrica en una reacción electroquímica.
La hemoglobina actuará como catalizador en las baterías de zinc-aire, una de las alternativas más sostenibles a la batería actualmente dominante en el mercado: las baterías de iones de litio. Es decir, la hemoglobina es una proteína encargada de facilitar una reacción electroquímica, conocida como reacción de reducción de oxígeno (ORR), que permite la entrada de aire a la batería. El oxígeno se reduce y se convierte en agua en una parte de la batería (el cátodo o electrodo positivo), liberando electrones y pasándolos a otra parte de la batería (el ánodo o electrodo negativo), donde se produce la oxidación del zinc.
Como explica el investigador de la UCO Manuel Cano Luna: "Para ser un buen catalizador en la reacción de reducción de oxígeno, un catalizador debe tener dos propiedades: debe absorber rápidamente las moléculas de oxígeno y formar moléculas de agua con relativa facilidad. Y la hemoglobina cumple estos requisitos". De hecho, a través de este proceso, el equipo logró que su prototipo de batería biocompatible funcionara durante 20 a 30 días utilizando 0,165 miligramos de hemoglobina.
Además de su potente rendimiento, el prototipo de batería que desarrollaron también tiene otras ventajas. En primer lugar, a diferencia de otras baterías que se ven afectadas por la humedad y deben fabricarse en una atmósfera inerte, las baterías de zinc-aire son más sostenibles y pueden soportar condiciones atmosféricas adversas.
En segundo lugar, como señala CanoLuna, "el uso de hemoglobina como catalizador biocompatible es muy prometedor para el uso de dichas células en dispositivos integrados en el cuerpo humano, como los marcapasos. Las células funcionan a un pH de 7,4, similar al pH de la sangre. Además, dado que la hemoglobina está presente en casi todos los mamíferos, también se pueden utilizar proteínas animales".
Sin embargo, la batería que desarrollaron todavía tiene algunas áreas de mejora. Lo principal es que es una batería primaria, por lo que solo se puede descargar. Además, no se puede recargar. Por eso, el equipo ya está dando el siguiente paso para encontrar otra proteína biológica que pueda convertir el agua en oxígeno para recargar la batería. Además, la batería sólo funciona en presencia de oxígeno, por lo que no se puede utilizar en el espacio.
La investigación, publicada en la revista Energy & Fuels, abre la puerta a nuevas alternativas funcionales a las baterías, ya que se esperan más dispositivos móviles y aumenta la demanda de energía renovable, lo que requiere el uso de dispositivos que almacenen el exceso de energía eléctrica en forma de energía química. Además de eso, las baterías de iones de litio, actualmente el tipo más común, sufren de escasez de litio y de impacto ambiental como desechos peligrosos.
Fuente compilada: ScitechDaily