美國開發出病毒生物電池 能量密度比鋰電池高3倍

英國工程師網站2014年1月3日報道,麻省理工學院的科學家研發出一種新的病毒生物電池，其能量密度比目前開發的鋰-空氣電池高2到3倍。

研究人員通過加入基因修飾的病毒來制備納米線，以用作電池的電極之一，從而生產這些以病毒為基礎的電池。這些病毒是對人體無害，但可以感染細菌的常見噬菌體，它們的加入增大了表面積，在電池充放電過程中，電化學反應發生在表面；增加循環次數，從而延長了電池潛在壽命。

因為其化學結構是由天然材料和工藝而得，電池對環境的影響較小。

使用生物制造材料的想法來源于天然生物材料如貝殼和骨骼。來自于有機體的蛋白質生長和組裝成天然有機材料。在自然系統中，如貝殼，它們在海洋的溫度和壓力下形成，不使用有毒物質。自然界中的生物體不會組裝成電池電極。

為了開發電池，研究人員制作了納米線陣列，每根線約80納米寬，使用一種叫做M13的轉基因病毒制作。該病毒產生氧化錳，這是通常用于鋰-空氣電池的陰極材料。然而，與典型的鋰—空氣電池化學方法開發不同，病毒制造的電線，有粗糙，高低不平的表面，從而增加了表面積。

這種表面積的增加不僅可以提高充電和放電的速率，而且創造了一個更加生態友好的制造工藝的電池設計。這是因為病毒基電池開發可在室溫下以水為基礎，而不需要像常規的電池制造方法一樣需要高溫處理和危險化學品。

新電池可能更穩定，因為病毒自然產生三維交聯的納米線結構，而不是使用分離的納米線。

研究人員還在加工過程最后一部分中加入少量的金屬，如鈀，這增加了納米線的導電性，從而使催化反應進行充電和放電。通常情況下，需要更大量的純的或高度濃縮的金屬用于這個過程，這使得制造電池更加昂貴。

該工作得到了美國陸軍研究辦公室和國家科學基金會的支持。