Para peneliti di Universitas Cordoba, bekerja sama dengan institusi lain, telah mengembangkan baterai jenis baru yang menggunakan hemoglobin sebagai katalis dalam baterai zinc-air. Baterai biokompatibel ini dapat berfungsi hingga 30 hari dan menawarkan beberapa keunggulan, seperti keberlanjutan dan kesesuaian untuk digunakan pada perangkat tubuh manusia. Meski sifatnya tidak dapat diisi ulang, inovasi ini menandai langkah signifikan menuju alternatif baterai ramah lingkungan, mengatasi keterbatasan baterai lithium-ion saat ini. (Konsep Artis.) Kredit: SciTechDaily.com
Para peneliti di Institut Kimia untuk Energi dan Lingkungan (IQUEMA) di Universitas Cordoba telah mengembangkan baterai yang menggunakan hemoglobin untuk memfasilitasi reaksi elektrokimia, mempertahankan fungsinya selama kurang lebih 20 hingga 30 hari.
Hemoglobin adalah protein yang terdapat dalam sel darah merah dan bertugas membawa oksigen dari paru-paru ke berbagai jaringan tubuh (dan kemudian mentransfer karbon dioksida sebaliknya). Ia memiliki afinitas yang sangat tinggi terhadap oksigen dan penting bagi kehidupan, namun, bagaimana jika ia juga merupakan elemen kunci untuk jenis perangkat elektrokimia di mana oksigen juga memainkan peran penting, seperti baterai seng-udara?
Hal inilah yang ingin diverifikasi dan dikembangkan oleh kelompok Kimia Fisika (FQM-204) dan Kimia Anorganik (FQM-175) di University of Córdoba (UCO), bersama dengan tim dari Polytechnic University of Cartagena, setelah dipelajari oleh Universitas Oxford dan Proyek Gelar Akhir di UCO menunjukkan bahwa hemoglobin memiliki sifat yang menjanjikan untuk proses reduksi dan oksidasi (redoks) yang menghasilkan energi dalam sistem jenis ini.
Tim peneliti dari Universitas Cordoba. Kredit: Universitas Cordoba
Oleh karena itu, tim peneliti mengembangkan, melalui proyek Proof of Concept, baterai biokompatibel pertama (yang tidak berbahaya bagi tubuh) menggunakan hemoglobin dalam reaksi elektrokimia yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
Mekanisme dan Keunggulan Baterai Hemoglobin
Dengan menggunakan baterai zinc-air, salah satu alternatif paling ramah lingkungan dari baterai yang saat ini mendominasi pasar (baterai lithium-ion), hemoglobin akan berfungsi sebagai katalis pada baterai. Artinya, itu adalah protein yang tugasnya memfasilitasi reaksi elektrokimia yang disebut Oxygen Reduction Reaction (ORR) yang menyebabkan, setelah udara masuk ke dalam baterai, oksigen direduksi dan diubah menjadi air di salah satu bagian baterai. (katoda atau kutub positif), melepaskan elektron yang berpindah ke bagian lain baterai (anoda atau kutub negatif), tempat terjadi oksidasi seng.
Seperti yang dijelaskan oleh peneliti UCO, Manuel Cano Luna: “Untuk menjadi katalis yang baik dalam reaksi reduksi oksigen, katalis harus memiliki dua sifat: katalis harus cepat menyerap molekul oksigen, dan relatif mudah membentuk molekul air. Dan hemoglobin memenuhi persyaratan ini.” Faktanya, melalui proses ini, tim berhasil membuat prototipe baterai biokompatibel yang dapat bekerja dengan 0,165 miligram hemoglobin selama antara 20 dan 30 hari.
Selain performa tangguh, prototipe baterai yang mereka kembangkan juga memiliki keunggulan lain. Pertama-tama, baterai zinc-air lebih ramah lingkungan dan tahan terhadap kondisi atmosfer yang buruk, tidak seperti baterai lain yang dipengaruhi oleh kelembapan dan memerlukan atmosfer inert untuk pembuatannya.
Kedua, seperti pendapat Cano Luna, “penggunaan hemoglobin sebagai katalis biokompatibel cukup menjanjikan sehubungan dengan penggunaan baterai jenis ini pada perangkat yang terintegrasi ke dalam tubuh manusia,” seperti alat pacu jantung. Faktanya, baterai beroperasi pada pH 7,4, yang mirip dengan pH darah. Selain itu, karena hemoglobin terdapat pada hampir semua mamalia, protein yang berasal dari hewan juga dapat digunakan.
Tantangan dan Arah Masa Depan
Namun baterai yang mereka kembangkan masih memiliki ruang untuk perbaikan. Baterai utama adalah baterai primer, sehingga hanya mengeluarkan energi listrik. Selain itu, ini tidak dapat diisi ulang. Oleh karena itu, tim telah mengambil langkah selanjutnya untuk menemukan protein biologis lain yang dapat mengubah air menjadi oksigen sehingga dapat mengisi ulang baterai. Selain itu, baterai hanya akan berfungsi jika ada oksigen, sehingga tidak dapat digunakan di luar angkasa.
Studi ini dipublikasikan di jurnal Energi & Bahan Bakar, membuka pintu bagi alternatif fungsional baru pengganti baterai dalam konteks dimana semakin banyak perangkat seluler yang diharapkan, dan ketika terdapat peningkatan komitmen terhadap energi terbarukan, sehingga perlu untuk menyimpan kelebihan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Yang terpenting, baterai paling umum saat ini, litium-ion, dibebani dengan masalah kelangkaan litium dan dampak lingkungannya sebagai limbah berbahaya.
Referensi: “Baterai Zinc-Air Berbasis Hemoglobin Manusia dalam Elektrolit Netral” oleh Valentín García-Caballero, Sebastián Lorca, Marta Villa-Moreno, Álvaro Caballero, Juan J. Giner-Casares, Antonio J. Fernández-Romero dan Manuel Cano, September 25 2023, Energi & Bahan Bakar.
DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c02513
NewsRoom.id
