锂空气电池近年来一直是研究热点,它的容电量有潜力大幅提高。不过,科学家需要先找到更加耐用的电极材料,增加电池的可充电次数,这个想法才能实现。
麻省理工学院研究人员让转基因病毒参与到纳米线的生产中,解决了一些技术难题。纳米线的宽度类似红细胞,在电池中可以用作电极。技术的关键在于增加纳米线的表面积,增加充电和用电过程中电极的活跃范围。这一研究成果已经在学术杂志《自然通讯》上发表。
一种名叫M13的转基因病毒能够抓取水中的金属分子,组成稳定的结构。科学家用M13病毒收集制作电池阴极的极佳材料——氧化锰,制造大约80纳米宽的氧化锰纳米线。和传统化学方法制造的纳米线相比,病毒纳米线表面粗糙不平,表面积显著增大。最后还要加入少量钯等金属元素,提升电极的导电性,促进充电和放电时的化学反应。
麻省理工学院能源教授贝尔彻说,M13的生物合成过程和鲍鱼长壳差不多。鲍鱼就是从海水中收集钙,再组成坚固的外壳。
有了病毒的帮助,新型电池的能量密度能够达到目前顶尖锂离子电池的2到3倍,并且在诸多方面优势明显。新电池电极表面积更大,充电和放电效率更高。其制造工艺更加简单、安全,病毒于常温状态下就能在水中完成工作,传统方法必须的高温条件和危险化学品已经没有用武之地。病毒制造的纳米线相互交错关联,制成的电极更加稳定。另外,电池对电极的金属材质要求降低,成本也更加合理。
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