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病毒生物电池能量密度比锂-空气电池高2到3倍

更新时间:2014-01-14 17:19:25 点击: 编辑:锂辉电池

美国麻省理工学院的科学家研发出一种新的病毒生物电池,其能量密度比目前开发的锂-空气电池高2到3倍。

研究人员通过加入基因修饰的病毒来制备纳米线,以用作电池的电极之一,从而生产这些以病毒为基础的电池。这些病毒是对人体无害,但可以感染细菌的常见噬菌体,它们的加入增大了表面积,在电池充放电过程中,电化学反应发生在表面;增加循环次数,从而延长了电池潜在寿命。 因为其化学结构是由天然材料和工艺而得,电池对环境的影响较小。

使用生物制造材料的想法来源于天然生物材料如贝壳和骨骼。来自于有机体的蛋白质生长和组装成天然有机材料。在自然系统中,如贝壳,它们在海洋的温度和压力下形成,不使用有毒物质。自然界中的生物体不会组装成电池电极。

为了开发电池,研究人员制作了纳米线阵列,每根线约80纳米宽,使用一种叫做M13的转基因病毒制作。该病毒产生氧化锰,这是通常用于锂-空气电池的阴极材料。然而,与典型的锂—空气电池化学方法开发不同,病毒制造的电线,有粗糙,高低不平的表面,从而增加了表面积。

这种表面积的增加不仅可以提高充电和放电的速率,而且创造了一个更加生态友好的制造工艺的电池设计。这是因为病毒基电池开发可在室温下以水为基础,而不需要像常规的电池制造方法一样需要高温处理和危险化学品。

新电池可能更稳定,因为病毒自然产生三维交联的纳米线结构,而不是使用分离的纳米线。

研究人员还在加工过程最后一部分中加入少量的金属,如钯,这增加了纳米线的导电性,从而使催化反应进行充电和放电。通常情况下,需要更大量的纯的或高度浓缩的金属用于这个过程,这使得制造电池更加昂贵。该工作得到了美国陆军研究办公室和国家科学基金会的支持。

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