Гемоглобин улучшает работу батарей в гаджетах – Кровь5

Мария Портнягина

Гемоглобин улучшает работу батарей в гаджетах

Фото: Annie Cavanagh

Как сделать, чтобы смартфоны, ноутбуки и даже электромобили работали дольше, а при подключении к электросети заряжались быстрее? Ученые нашли решение в эритроцитах, использовав для этого настоящую кровь.

Сегодня большинство устройств, которые нас окружают, работают на литий-ионных аккумуляторах. Емкие, эффективные, простые в применении, в знакомом нам виде они появились в начале 1990-х и с тех пор не сильно изменились.

Попытки их усовершенствовать значимых результатов пока не принесли. Мы по-прежнему ворчим, когда смартфон моментально разряжается на холоде. Или когда батарея беспроводных наушников, фотоаппарата, электрической зубной щетки требует нескольких часов для полной зарядки. А беспорядочная зарядка, которой все мы грешим, как отсутствие режима дня и ночи у человека, ведет к сбою: батарея хуже держит заряд и дольше заряжается. Если не сталкивались сами, то уж в интернете вам наверняка попадались картинки гаджетов с вздутым или вывороченным наружу аккумулятором. Это зачастую как раз из-за неправильной эксплуатации.

Ученые ломают голову над тем, как сделать аккумуляторы лучше. Чтобы заряд держали дольше и стабильно, а заряжались ощутимо быстрее. Ведь гаджеты в мире множатся, они становятся сложнее, а значит, энергозатратнее. Дополнительный импульс этим исследованиям дал запуск электромобилей, когда из мечты они превратились в пусть пока не массовый, но востребованный транспорт.

Химия аккумуляторов – так называется раздел науки, где ученые корпят над новыми батареями, экспериментируют, добавляя в них порой неожиданные вещества. Например, гемоглобин.

У человека и других позвоночных, обладающих кровообращением, этот белок находится в эритроцитах. Он содержит железо, благодаря чему способен связываться с молекулами кислорода и переносить их в ткани организма. Именно этот принцип действия и привлек ученых.

Передний край науки сегодня – это литий-воздушные аккумуляторы. Кислород из окружающей среды действует как реагент: он вступает в реакцию с литием в батарее, так вырабатывается электрическая энергия и образуется оксид лития. Потом, при зарядке, электрическая энергия передается в батарею из сети, происходит обратная реакция: оксид лития распадается на литий и кислород.

Согласно расчетам у этих батарей огромный потенциал: они обладают удельной энергией в 40 мегаджоулей на килограмм, что примерно в 5 раз больше, чем у современных литий-ионных аккумуляторов. Однако работа литий-воздушных аккумуляторов очень привязана к химическому составу воздуха: присутствие в нем азота, углекислого газа и других элементов ведет к химическим реакциям, которые загрязняют поверхность электродов в батарее, в результате та быстро теряет производительность. Если литий-ионные батареи могут работать без значительной потери емкости до 1200 циклов зарядки-разрядки, то литий-воздушные – пока только до 700. И то в условиях лабораторного эксперимента при достижении максимального отсутствия примесей, то есть с использованием чистого кислорода. Это момент, в котором решающую роль может сыграть гемоглобин.

По задумке ученых гемоглобин способен захватывать молекулы кислорода из воздуха, как это происходит в организме человека, и транспортировать их до электродов в батарее, где они встречаются с литием и вступают с ним в реакцию. В результате вырабатывается энергия.

Так, группа химиков из Индийского института науки в Бангалоре (это один из ведущих научных центров в стране) установила, что добавление гемоглобина в состав литий-воздушного аккумулятора улучшает реакцию между кислородом и литием. В результате батарея работала без потери эффективности в течение большего числа циклов зарядки-разрядки. Авторы эксперимента в шутку даже назвали ее «дышащей батареей».

Исследователи из Йельского университета, в свою очередь, выяснили, что все не так просто, и реакция с участием гемоглобина, кислорода и лития многоступенчатая. Не вдаваясь в детали, лишь отметим: согласно их выводам гемоглобин оказывается чувствителен к составу батареи, то есть следующий шаг – найти способ, чтобы молекулы гемоглобина не разрушались при зарядке-разрядке.

Еще дальше пошла группа корейских исследователей. Они использовали гемоглобин из медицинских отходов: ежедневно в клиниках скапливаются остатки крови, которые требуют специальной утилизации.

Так что ученые предложили еще и способ полезного применения по сути мусора. Исследователи экспериментировали с разной концентрацией гемоглобина в литий-воздушном аккумуляторе, чтобы найти оптимальную для улучшения работы батареи.

Если ученым удастся решить все эти вопросы, то литий-воздушные аккумуляторы станут уже не отдаленным будущим, а технологией завтрашнего дня. Тогда можно будет смотреть на ноутбуке пару-тройку сезонов «Игры престолов» или отправиться в путешествие по Золотому кольцу на электромобиле – без подзарядки!


Спасибо за ваше внимание! Уделите нам, пожалуйста, еще немного времени. Кровь5 — издание Русфонда, и вместе мы работаем для того, чтобы регистр доноров костного мозга пополнялся новыми участниками и у каждого пациента с онкогематологическим диагнозом было больше шансов на спасение. Присоединяйтесь к нам: оформите ежемесячное пожертвование прямо на нашем сайте на любую сумму — 500, 1000, 2000 рублей — или сделайте разовый взнос на развитие Национального регистра доноров костного мозга имени Васи Перевощикова. Помогите нам помогать. Вместе мы сила.
Ваша,
Кровь5

comments powered by HyperComments
Стать донором Помочь донорам
Читайте также