Вчені створили акумулятори за допомогою вірусу

Генетично модифіковані віруси можуть бути використані в створенні нового виду гнучких, потужних, дешевих і екологічно безпечних літієвих батарей для живлення різних пристроїв - від мобільних телефонів до автотранспорту, - пишуть автори дослідження, результати якого були опубліковані в журналі Science.

Вчені з Массачусетського технологічного інституту під керівництвом професора Анджели Белкер (Angela Belcher) показали, як за допомогою генетично модифікованих вірусів бактеріофагів, що інфікують бактерії і нешкідливі для людини, запустити процес самозборки робочих електродів літієвого акумулятора.

Будь-який літієвий акумулятор складається з трьох найбільш важливих елементів: двох електродів - анода, що віддає іони літію в процесі розряду акумулятора, катода, ці іони приймаючого, і літієвого електроліту, котрий пропускає струм іонів між електродами і не пропускає струм електронів, що направляються в зовнішній електричний ланцюг для живлення електронних пристроїв.

Публікацію, присвячену збиранню анода за допомогою вірусів, вчені опублікували ще три роки тому, описавши процес самозборки матеріалу за допомогою генетично модифікованих бактеріофагів, що покривають свою оболонку оксидом кобальту і золотом і що агрегують в тонкі волокна, масив яких на полімерній поверхні і утворює анодний матеріал.

У новій статті вчені показали набагато складніший процес збирання катода - негативно зарядженого електроду, що складається з двох стадій. На першій стадії бактеріофаги, що зазнали генетичну модифікацію, покривають свою оболонку аморфним фосфатом заліза, здатним зворотно приймати і віддавати іони літію, а потім селективно приєднуються до вуглецевих нанотрубок, що володіють високою електропровідністю.

Матеріал, що утворюється в ході такого двохстадійного процесу, володіє високою електронною провідністю і швидкістю перезарядки саме за рахунок розгалуженої структури, в якій кожна вірусна частка, здатна приймати і віддавати іони літію, пов'язана з вуглецевою нанотрубкою, котра добре проводить електричний струм.

Акумулятор, зібраний на основі таких "вірусних" електродів, продемонстрував потужність і ємкість на рівні найдосконаліших сучасних акумуляторів, а також відсутність деградації параметрів при як мінімум ста циклах перезарядки. При цьому автори роботи відзначають, що виробництво такої літієвої батареї обходиться значно дешевше, і, на відміну від звичайних акумуляторів, не вимагає використання токсичних хімічних речовин - всі процеси йдуть у водному середовищі при кімнатній температурі.

Завдяки процесу самозборки, електродам можна надати найрізноманітнішу форму ще на стадії синтезу, що дозволить вбудовувати їх в самі різні портативні електронні пристрої, вважають автори статті.