Американские инженеры создают "батареи из белков"

Инженеры надеются заменить современные источники питания более экологичными устройствами.

Фото Pixabay.

Литиево-ионные аккумуляторы сложны в переработке и очень вредны с экологической точки зрения. Специалисты предлагают альтернативу: полностью органические батареи, которые безопасно разлагаются в окружающей среде. Основой их должны стать своеобразные аналоги белков – синтетические полипептиды.

Напомним, что полипептиды – это полимеры, состоящие из повторяющихся "строительных блоков" – аминокислот. Разновидностью полипептидов являются белки живых организмов.

Некоторые белки прекрасно приспособлены к тому, чтобы переносить электроны, ведь этот процесс играет важную роль в биохимии. Химики использовали это свойство, создав синтетические полипептиды и использовав их в качестве материала для электродов.

С одной стороны, такие соединения достаточно стабильны, так что их можно использовать в долговечных устройствах. С другой, они не загрязняют окружающую среду, со временем разлагаясь естественным образом. Так что такие аккумуляторы, в отличие от литиево-ионных, можно будет утилизировать с бытовыми отходами.

Одна из главных задач исследователей – подобрать нужную структуру вещества. Напомним, что молекула любого полимера представляет собой длинную цепочку атомов (основную цепь), по бокам которой расположены небольшие группы атомов (боковые цепи).

"Прелесть полипептидов в том, что мы можем контролировать химический состав их боковых цепей в 3D, не изменяя геометрию основной цепи, или основной части структуры. Затем мы можем систематически изучать влияние изменения различных аспектов боковых цепей [на движение электронов]," – поясняет соавтор работы Тан Нуен (Tan Nguyen) из Университета Райса в пресс-релизе исследования.

В прототипе аккумулятора, созданном авторами, электроды сделаны из композитных материалов на основе углерода. В аноде используется полипетид, содержащий виологен (viologen), а в катоде – полипетид, включающий соединение TEMPO.

Химики испытывают различные варианты пространственного расположения атомов в молекуле (конформации), такие как случайный клубок (random coil), альфа-спираль и бета-лист.

На данный момент учёным удалось создать между электродами напряжение в 1,5 вольта. Это стандартный показатель для "пальчиковой батарейки", но этого мало, чтобы заменить аккумулятор в смартфоне.

В целом устройство находится ещё на ранней стадии разработки.

Авторы представили результаты своей работы на осеннем Национальном съезде и выставке Американского химического общества 2019 года.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о новых аккумуляторах, изготовленных с помощью водорослей и лесных грибов.