Можно ли создать аккумуляторы с помощью вирусов?
Литий-воздушные батареи стали трендом исследовании в последние годы. Считается, что такие аккумуляторы смогут резко повысить эффективность каждого грамма батареи. Однако, для начала нужно разработать более прочные материалы для электродов. В Массачусетском технологическом институте разработали катод для литий-воздушных батарей, использовав для этого не что-нибудь, а генетически модифицированные вирусы.
Отчет об исследовании был опубликован в журнале Nature Communications профессорами Анжелой Белчер, Янгом Шаб-Хорн и четырьмя другими соавторами. Целью ученых как раз и было решение вопроса материалов для электродов. Они подошли к этому делу неоднозначно — нарастив площадь рабочей поверхности катода (которая состоит из оксида марганца, в случае с литий-воздушными батареями) с помощью генетически модифицированных вирусов. В теории, это увеличивает время, проходящее между зарядкой и разрядкой аккумуляторной батареи.
Процесс проходил при комнатной температуре и нормальных условиях (что невозможно в случае с обычными электрохимическими методами создания катодов). Диаметр нанонитей равнялся 80нм, а нанесенный вирус под кодовым названием M13 захватывал молекулы металла из окружающего водяного раствора. В результате хаотичного движения молекул металла во время процесса, образовалась неровная поверхность с большой рабочей площадью. Для сравнения, при такой же длине нити, методы электрохимического наращивания создают ровную поверхность с меньшей рабочей площадью.
«Этот процесс биосинтеза подобен тому, как моллюск «морское ушко» прорастает через панцирь», — объясняет профессор Белчер — «Увеличение площади рабочей поверхности катода может обеспечить решение некоторых вопросов. В частности, скорость зарядки и разрядки литий-воздушных батарей». Параметры полученного катода и правда впечатляют – 500-600 Вт*Ч/кг. Для сравнения, обычные литий-ионные батареи, обитающие в ваших ноутбуках и смартфонах, обеспечивают питание не более 200 Вт*Ч/кг. Кроме того, вирусы естественным образом формируют трехмерную структуру «сшитых» проводов, что обеспечивает
Конечно, найдутся пытливые умы, которые заинтересуются емкостью батареи. Об этом рано еще говорить, поскольку речь идет только о катоде, тогда как общая емкость подобного аккумулятора определяется еще и другими компонентами. К тому же, еще не удалось решить вопрос с другим недостатком литий-воздушных батарей — их ограниченную живучесть. До сих пор, рабочий образец батареи выдерживал не более 50 циклов зарядки-разрядки без значительных потерь емкости.
По результатам исследования еще не ясно, приживется ли такой способ создания литий-воздушных батарей или нет. Тем не менее работа показывает, что использование генетически модифицированных существ в такой области — отнюдь не выдумка и даже оправдано по издержкам.