Аккумуляторы можно создавать при помощи... вирусов

В Массачусетском технологическом институте разработали катод для литий-воздушных батарей, использовав для этого не что-нибудь, а генетически модифицированные вирусы. И именно поэтому новые катоды лучше старых (то есть аналогов), изготовленных традиционными методами.

Целью исследователей было повышение ёмкости батарей одновременно с увеличением скорости зарядки. Техприём использовался привычный: надо было существенно нарастить площадь рабочей поверхности катода, в случае литий-воздушных батарей состоящего из оксида марганца. Но как это было сделано!

Исследователи, ведомые Анджелой Белчер (Angela M. Belcher), покрыли поверхность нанонитей из оксида марганца генетически модифицированными вирусами.

Как полагают исследователи, литий-воздушные батареи на основе биотехнологических нанонитей при дальнейшем наращивании жизненного ресурса способны обеспечить электромобили большей дальностью при разумной стоимости. (Здесь и ниже иллюстрации Angela Belcher et al.)

Диаметр нанонитей был равен 80 нм, и покрывающие их вирусы (M13) улавливали молекулы металла из окружающего водяного раствора. Обычные методы электрохимического наращивания таких волокон создают довольно ровные поверхности. Вирусы же, принимая на себя молекулы металла в самое разное время и относительно хаотично, выдавали на-гора очень неровную поверхность, тем самым формируя на той же длине нити куда бóльшую рабочую площадь:

Важно и то, что процесс шёл при комнатной температуре и нормальных условиях, в то время как обычные электрохимические методы создания катодов требуют весьма энергоёмких операций.

ГМ-овчинка оправдала выделку: параметры полученного катода оказались намного лучше, чем у тех, что применяются в традиционных литий-воздушных батареях (до 500–600 Вт•ч/кг). И, как нам сообщают, примерно втрое выше, чем у литий-ионных (не более 200 Вт•ч/кг) обитателей вашего ноутбука и мобильного телефона.

Предупреждая любимый вопрос «КЛ»-читателей («А какая там ёмкость?»), заметим, что речь пока идёт лишь о катоде, в то время как общая ёмкость такого накопителя определяется не только материалами катода, но и иными компонентами. Опять же не удалось полностью преодолеть другой принципиальный недостаток литий-воздушных батарей — их ограниченную живучесть. В частности, без значительной потери ёмкости экспериментальный образец выдерживал всего 50 циклов зарядки-разрядки.

Нанонити, на которых оксид марганца наносили вирусы, имеют чрезвычайно развитую поверхность, что значительно повышает скорость накопления заряда аккумуляторами с новым катодом.

И тем не менее работа показывает, что использование генетически модифицированных существ в такой области — отнюдь не выдумка и даже оправдано по издержкам.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.

Подготовлено по материалам IEEE Spectrum.