逍遥学能 2016-09-19 14:30
“病毒”打造高性能电池 由物理网资料整理
在生活中，你肯定听说过病毒，也常常见到或使用过这种或那种电池，但是，要让你把两者关联起来，恐怕感到茫然。如果有人告诉你，未来有种高性能电池中带有病毒，那么你无疑会流露出十分惊讶的表情。是的，带病毒的电池，这不是科幻，而是有望在未来面向市场的科研成果。
根据美国麻省理工学院发布的消息，该学院的研究人员利用基因工程病毒，首次研制成功“病毒”电池。研究小组负责人、学院材料科学家安吉拉-贝尔彻表示，新的基因工程病毒电池与目前市场上流行的先进的用于驱动混合动力汽车的充电电池不仅在储能和动力性能上没有差异，而且它们还可以用来为众多的小型便携式电器提供电能。
在传统的锂离子电池中，锂离子通常在由石墨构成的负极和由氧化钴或锂铁磷酸盐构成的正极间流动。需要说明的是，新的“病毒”电池并不是说用基因工程病毒来产生电能，而是利用它们制作出更理想的电池正极和负极，从而提高了电池的性能。
早在3年前，贝尔彻率领的研究小组就曾发表文章说，他们培育出一种基因工程病毒，该病毒能够通过将自身镀涂在氧化钴和黄金上或自行组成纳米导线的方式形成电池阳极。
贝尔彻表示，在最新完成的研究工作中，研究小组集中精力制作高强度的阴极以便与过去制作出的阳极配对。相比阳极而言，阴极制作起来要困难得多，其原因是阴极必须是快速电极，并具有极高的导电能力。现实的情况则是多数制作阴极的材料却属于绝缘体。
为获得高导电能力的阴极，包括学院材料科学教授戈尔布兰德-赛德和化学工程副教授迈克尔?斯遄诺在内的研究人员先将基因工程病毒镀涂到磷酸铁材料上，然后让病毒“抓住”碳纳米管，从而形成了高导电材料网。
研究人员利用的病毒名为噬菌体(bacteriophage)，它是一种常见的能够感染细菌但对人体无害的病毒，且能够识别并附着于某些特定的材料(如本次研究中的碳纳米管)上。借助经过基因工程处理的噬菌体，人们在磷酸铁纳米导线表面组合成导电的碳纳米管网。电子沿着碳纳米管网行进，渗透到电极，快速传递能量。
研究小组发现，加进碳纳米管后，阴极的重量没有太大的变化，但导电性却大幅度提高。在实验室的测试中，安装了新阴极材料的电池在不失去电容量的同时，其充电和放电速度提高了至少100倍。与目前的锂离子电池相比，其充电周期要略少些，但是研究人员期望今后新电池的寿命会更长。
目前，新电池的原型如同人们常见的纽扣电池。不过，由于利用了新的技术，研究人员有能力制造出重量极轻且韧性好的“病毒”电池，能满足各种不同电池座对其形状的要求。此外，生产含有基因工程病毒的新电池的工艺既经济又有利于环境保护，其原因是“病毒”电池的合成温度在室温或室温以下，同时又不需使用有害的有机溶剂，且用于电池的材料没有毒性。
不久前，麻省理工学院院长苏珊?霍克菲尔德携带原型电池出现在白宫新闻发布会上。在白宫，她和奥巴马总统就政府资助先进的新清洁能源技术问题进行了交谈。
贝尔彻表示，至今，研究人员向人们展示的是他们能给电池安装利用了基因工程病毒的纳米级导线。研究小组计划利用具有更高电压和容量的材料(如磷酸锰和磷酸镍)来开发更好的电池。她说，一旦下代“病毒”电池成型，他们将利用新技术对新电池进行商业化生产。