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M13病毒能幫助提高電池性能?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年07月10日  

鋰空氣電池近年來一直是研究熱點,它的容電量有潛力大幅提高。不過,科學家要先找到更加耐用的電極材料,新增電池的可充電次數,這個想法才能實現。


麻省理工學院研究人員讓轉基因病毒參與到納米線的生產中,解決了一些技術難題。納米線的寬度類似紅細胞,在電池中可以用作電極。技術的關鍵在于新增納米線的表面積,新增充電和用電過程中電極的活躍范圍。


一種名叫M13的轉基因病毒能夠抓取水中的金屬分子,組成穩定的結構。科學家用M13病毒收集制作電池陰極的極佳材料氧化錳,制造大約80納米寬的氧化錳納米線。和傳統化學方法制造的納米線相比,病毒納米線表面粗糙不平,表面積顯著增大。最后還要加入少量鈀等金屬元素,提升電極的導電性,促進充電和放電時的化學反應。


麻省理工學院能源教授貝爾徹說,M13的生物合成過程和鮑魚長殼差不多。鮑魚就是從海水中收集鈣,再組成堅固的外殼。


有了病毒的幫助,新型電池的能量密度能夠達到目前頂尖鋰離子電池的2到3倍,并且在諸多方面優勢明顯。新電池電極表面積更大,充電和放電效率更高。其制造工藝更加簡單、安全,病毒于常溫狀態下就能在水中完成工作,傳統方法必須的高溫條件和危險化學品已經沒有用武之地。病毒制造的納米線相互交錯關聯,制成的電極更加穩定。另外,電池對電極的金屬材質要求降低,成本也更加合理。


貝爾徹強調說,研究還處于早期階段,只做出了陰極,而電解液等關鍵部分仍然有待開發。此外,新型電池經測試可以充電50次,要真正應用,這個數字得上千才行。


貝爾徹還表示,目前在實驗中雖然利用生物技術,通過病毒收集金屬分子,但可能不是長久之計。假如將來找到最合適的材料,并且通過測試,工業生產中可能會采用別的辦法,方便定量控制。


多年來,科學家一直熱衷于病毒電池的研究。2010年,馬里蘭大學科學家讓煙草花葉病毒(TMV)幫助電池進行化學反應,收集電流,增強電池的儲電能力。同年,麻省理工學院科學家馬克•艾倫也提出,可以利用M13病毒制造氟化鐵陰極,希望制造輕巧持久的可充電池。


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