Pesquisadores da Universidade de Córdoba, em colaboração com outras instituições, desenvolveram um novo tipo de bateria que utiliza hemoglobina como catalisador em baterias de zinco-ar. Essa bateria biocompatível pode operar por aproximadamente 30 dias e oferece diversas vantagens, como sustentabilidade e adequação para uso em dispositivos implantáveis. Apesar de sua natureza insubstituível, essa inovação representa um passo significativo em direção a alternativas ecologicamente corretas às baterias de íon-lítio, abordando as limitações das tecnologias atuais.
Hemoglobina é uma proteína encontrada nas células vermelhas do sangue e é responsável por transportar oxigênio dos pulmões para diversos tecidos do corpo (e depois carregar dióxido de carbono de volta). Ela possui alta afinidade pelo oxigênio e é essencial para a vida. No entanto, e se ela também pudesse desempenhar um papel fundamental em um dispositivo eletroquímico onde o oxigênio também é importante, como as baterias de zinco-ar?
Isso é exatamente o que os grupos de pesquisa em Química Física (FQM-204) e Química Inorgânica (FQM-175) da Universidade de Córdoba (UCO), em colaboração com uma equipe da Universidade de Cartagena, buscaram investigar e desenvolver. Estudos realizados pela Universidade de Oxford e trabalho de mestrado na UCO demonstraram que a hemoglobina possui propriedades promissoras para o processo de redução e oxidação (redox), que gera energia nesse tipo de sistema.
Como resultado, a equipe de pesquisa desenvolveu a primeira bateria biocompatível de prova de conceito (que não é prejudicial ao corpo) utilizando a hemoglobina em uma reação eletroquímica que converte energia química em energia elétrica.
Mecanismo e Vantagens das Baterias Baseadas em Hemoglobina
Ao utilizar as baterias de zinco-ar, uma das alternativas mais sustentáveis às baterias de íon-lítio atualmente dominantes, a hemoglobina serviria como catalisador nessas baterias. Isso significa que é uma proteína responsável por facilitar a reação eletroquímica conhecida como redução do oxigênio (ORR), fazendo com que o oxigênio seja reduzido e transformado em água em uma parte da bateria (o cátodo ou eletrodo positivo) quando o ar entra na bateria, liberando elétrons que passam para a outra parte da bateria (ânodo ou eletrodo negativo), onde ocorre a oxidação do zinco.
Como explicado por Manuel Cano Luna, pesquisador da UCO, “Para ser um bom catalisador na reação de redução do oxigênio, o catalisador deve ter duas propriedades: ele deve absorver rapidamente as moléculas de oxigênio e formar facilmente moléculas de água. A hemoglobina atende a esses requisitos.” De fato, por meio desse processo, a equipe conseguiu fazer com que seu protótipo de bateria biocompatível funcionasse utilizando 0,165 miligramas de hemoglobina por aproximadamente 20 a 30 dias.
Além do alto desempenho, o protótipo de bateria desenvolvido também possui outras vantagens. Em primeiro lugar, as baterias de zinco-ar são mais sustentáveis e podem resistir a condições climáticas adversas em comparação com outras baterias que são suscetíveis à umidade e requerem uma atmosfera inerte durante a produção.
Em segundo lugar, como argumentado por Cano Luna, “o uso da hemoglobina como catalisador biocompatível é promissor no contexto da aplicação dessas baterias em dispositivos implantáveis dentro do corpo humano”, como marcapassos. De fato, a bateria opera em um pH de 7,4, que é semelhante ao pH do sangue. Além disso, como a hemoglobina está presente em quase todos os mamíferos, proteínas de origem animal também podem ser utilizadas.
Desafios e Perspectivas para o Desenvolvimento
No entanto, a bateria desenvolvida ainda tem espaço para melhorias. Sua principal limitação é que é uma bateria primária, ou seja, apenas descarrega energia elétrica e não pode ser recarregada. Portanto, a equipe de pesquisa já está buscando outras proteínas biológicas que possam converter água em oxigênio e, assim, recarregar a bateria. Além disso, essas baterias só funcionam na presença de oxigênio, tornando-as inadequadas para uso no espaço.
O estudo publicado na revista Energy & Fuels abre portas para novas alternativas funcionais às baterias conforme a demanda por dispositivos móveis e o interesse em energia renovável continuam a crescer, permitindo dispositivos que armazenam o excesso de energia elétrica na forma de energia química. É importante ressaltar que as baterias de íon-lítio mais populares atualmente enfrentam desafios relacionados à disponibilidade de lítio e seu impacto ambiental como resíduo perigoso.
Referência: “Human Hemoglobin-Based Zinc–Air Battery in a Neutral Electrolyte” por Valentín García-Caballero, Sebastián Lorca, Marta Villi-Moreno, Álvaro Caballero, Juana J. Giner-Casares, Antonio J. Fernández-Romero e Manuela Cano, 25 de setembro de 2023, Energy & Fuels. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c02513
Seção de Perguntas Frequentes (FAQ) Baseada nos Principais Tópicos e Informações Apresentadas no Artigo:
1. Qual é a aplicação do novo tipo de bateria desenvolvido pelos pesquisadores da Universidade de Córdoba?
– O novo tipo de bateria utiliza hemoglobina como catalisador em baterias de zinco-ar. Essa bateria biocompatível pode operar por aproximadamente 30 dias e é adequada para uso em dispositivos implantáveis.
2. O que é hemoglobina e qual é o seu papel em baterias de zinco-ar?
– Hemoglobina é uma proteína encontrada nas células vermelhas do sangue e é responsável por transportar oxigênio dos pulmões para diversos tecidos do corpo. Em baterias de zinco-ar, a hemoglobina atua como um catalisador, facilitando a reação eletroquímica de redução do oxigênio (ORR).
3. Como funciona a bateria baseada em hemoglobina?
– Quando o ar entra na bateria, o oxigênio é reduzido e transformado em água, ao mesmo tempo em que são liberados elétrons que passam para a outra parte da bateria, onde ocorre a oxidação do zinco.
4. Quais são as vantagens de uma bateria baseada em hemoglobina?
– As baterias de zinco-ar são mais sustentáveis e podem resistir a condições climáticas adversas. Elas também podem ser usadas em dispositivos implantáveis dentro do corpo humano, pois operam em um pH similar ao pH do sangue e podem utilizar hemoglobina de origem animal.
5. Quais desafios a bateria desenvolvida enfrenta e quais são as perspectivas futuras para o seu desenvolvimento?
– Atualmente, a bateria desenvolvida é primária e não pode ser recarregada. A equipe de pesquisa está buscando outras proteínas biológicas que possam converter água em oxigênio para permitir a recarga da bateria. Além disso, essas baterias só funcionam na presença de oxigênio e não são adequadas para uso no espaço.
Links Relacionados Sugeridos:
Universidade de Córdoba
University of Oxford
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