Работу аккумуляторов можно улучшить при помощи вирусов
Инженеры Массачусетского технологического института нашли способ повышения эффективности работы новых литий-воздушных аккумуляторных батарей. Для достижения этой цели в качестве катодного материала были использованы генетически модифицированные биологические вирусы.
Преимущество использования литий-воздушных аккумуляторов по сравнению с традиционными литий-ионными состоит в возможности обеспечения более высокой плотности энергии.
Долгое время создатели литий-воздушных батарей не могли достигнуть высокой плотности энергии, поскольку использовали исключительно плоские электроды и не имели в то время достаточных средств для финансирования проекта.
Целью новых разработок стало наращивание площади рабочей поверхности катода. Повышение плотности энергии удалось достигнуть посредством применение генетически модифицированного вируса M13, способного изымать молекулы металла из воды и соединять их в структурные формы. За инициативы Анжелы Белчер исследователи покрыли поверхность электродов из оксида марганца генетически модифицированным вирусом. Благодаря употреблению вируса M13 удалось увеличить площадь контакта электродов, и, соответственно, увеличить продуктивность проходимых электрохимических реакций. Это в свою очередь послужило причиной повышения количества циклов заряда/разряда батарей. Электрод стал более стабильным, а сама аккумуляторная батарея – более надежной.
Ученым посчастливилось создать скопления нанопроводов диаметром около 80 нанометров каждый. Нанонити, на которые были нанесены биологические вирусы M13, отличаются очень развитой поверхностью, что способствует повышению скорости накопления заряда аккумуляторными батареями. При помощи модифицированного вируса удалось «вырастить» рельефные нанопровода со значительным увеличением рабочей поверхности. Строительство нанопродова было аналогично процессу формирования морских раковин благодаря сбору кальция из воды. Нанопровод также создавался при комнатной температуре в водной среде, на заключительном же этапе в работу включался палладий, увеличивающий электрическую проводимость материала и катализирующий химические реакции.
Удивительно то, что производство электродов по данной технологии оказалось в разы дешевле известных традиционных способов. В то время, когда обычные электрохимические методы формирования катодов требовали довольно значительных энергетических затрат, катодные материалы новых литий-ионных батарей при нормальных условиях получили намного лучшие параметры, и как правило были втрое выше тем, что использовались в литий-ионных батареях.
Полное описание концепции производства новых литий-воздушных батарей было опубликовано в журнале «Nature Communications» под авторством Анжелы Белчер и нескольких её помощников, принимавших участие в реализации проекта. Описанная технология позволяет в значительной степени увеличить емкость аккумуляторных батарей, сократив при этом их вес. Подобного рода аккумуляторы целесообразно использовать в качестве источников энергии в электрических и гибридных транспортных средствах.
Вполне возможно, что уже в ближайшем будущем литий-воздушные аккумуляторные батареи затмят литий-ионные. Правда, новая технология все ещё находится на стадии разработки и требует целого ряда совершенствований. Коммерциализация же проекта может потребовать значительных вложений. Работа над литий-воздушными батареями продолжает вестись, но до серийного производства ещё очень далеко.
