麻省理工学院的研究人员已经找到了一种在改良病毒的帮助下提高锂空气电池性能的方法。
锂空气电池近年来已经成为一个热门的研究领域：它们有望大幅增加每电池重量的功率，例如，这可能导致具有更大驱动范围的电动汽车。但是，将这一承诺变为现实已经面临许多挑战，包括需要为电池电极开发更好，更耐用的材料，并改善电池可承受的充电 - 放电循环次数。
现在，麻省理工学院的研究人员发现，在纳米线的生产中添加转基因病毒 - 大约红细胞宽度的电线，可以作为电池电极之一 - 可以帮助解决其中的一些问题。
新作品在自然通讯杂志上发表的论文中有所描述，该论文由研究生Dahyun Oh，教授Angela Belcher和Yang Shao-Horn以及其他三位同事共同撰写。他们工作的关键是增加导线的表面积，从而增加在电池充电或放电期间发生电化学活动的区域。
研究人员利用一种名为M13的转基因病毒制作了一系列纳米线，每个纳米线大约80纳米，可以从水中捕获金属分子并将它们结合成结构形状。在这种情况下，氧化锰 - 一种用于锂 - 空气电池阴极的“最喜欢的材料”的电线，Belcher说 - 实际上是由这些病毒制成的。但与通过传统化学方法“生长”的电线不同，这些由病毒构建的纳米线具有粗糙的尖锐表面，这极大地增加了它们的表面积。
Belcher，WM凯克能源教授和麻省理工学院科赫综合癌症研究所的附属机构解释说，这种生物合成过程“真的类似于鲍鱼如何生长它的壳” - 在这种情况下，通过从海水中收集钙和将其沉积成牢固的连接结构。
Belcher说，这种方法产生的表面积的增加可以为锂空气电池的充电和放电速率提供“巨大的优势”。但是，该工艺还具有其他潜在的优势，她说：与传统的制造方法不同，后者涉及能源密集型高温和危险化学品，这个过程可以在室温下使用水基工艺进行。
而且，病毒不是孤立的线，而是自然地产生交联线的三维结构，这为电极提供了更大的稳定性。
该方法的最后一部分是加入少量金属，例如钯，这极大地增加了纳米线的电导率并允许它们催化在充电和放电期间发生的反应。其他团体已尝试使用纯金属或高浓度金属作为电极来生产这种电池，但这种新工艺大大降低了需要多少昂贵材料。
总而言之，这些改进有可能生产出能够提供两到三倍能量密度的电池 - 能够为给定重量储存的能量 - 而不是当今最好的锂离子电池，这是一种密切相关的技术。研究人员说，今天是最有力的竞争者。
Belcher强调这是早期研究，需要做更多的工作才能生产出适合商业化生产的锂空气电池。这项工作只关注一个组件的生产，即阴极; 其他重要部件，包括电解质 - 锂离子从电池的一个电极到另一个电极的离子导体 - 需要进一步研究才能找到可靠耐用的材料。而且，虽然通过50次充电和放电循环成功地测试了这种材料，但是对于实际应用，电池必须能够承受数千个这样的循环。
虽然这些实验使用病毒进行分子组装，但Belcher说，一旦找到并测试了这种电池的最佳材料，实际制造可能会以不同的方式进行。这种情况发生在她实验室开发的过去材料中，她说：化学最初是用生物学方法开发的，但是在实际生产中替代了更容易扩展到工业规模生产的替代方法。
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