Мутують віруси можуть стати основою нових високоефективних літій-повітряних акумуляторних батарей
В останні роки літій-повітряні акумуляторні батареї, мають більш високі показники щільності зберігання енергії, ніж традиційні літій-іонні акумуляторні батареї, все більше і більше розглядаються в якості кандидатів на джерела енергії електричних і гібридних транспортних засобів. Але існуючі досвідчені зразки літій-повітряних акумуляторних батарей, незважаючи на ряд очевидних переваг, мають ще й цілий ряд недоліків, які перешкоджають початку та масового впровадження. Закликавши на допомогу генетично модифіковані віруси певного типу, дослідники з Массачусетського технологічного інституту знайшли спосіб збільшити надійність і довговічність літій-повітряних акумуляторних батарей, щільність зберігання енергії яких у два-три рази перевершує аналогічний показник літій-іонних акумуляторів.
Відмінною особливістю літій-повітряних акумуляторних батарей, що дозволяє їм демонструвати більш високі значення щільності зберігання енергії, є їх здатність використовувати енергію кисню, що міститься в навколишньому повітрі. Цей кисень вступає в хімічну реакцію з матеріалом електроліту, розташованому в проміжку між літієвим анодом і вуглецевої катодом батареї. Використання енергії атмосферного кисню дозволяє знизити кількість іонів важких матеріалів в розчині електроліту, що в свою чергу дозволяє знизити обсяг і вага акумулятора в цілому. Але це вимагає також використання нанопровідників як матеріалу одного з електродів, які дозволяють збільшити ефективну площу поверхні цього електрода.
Вчені вже досить давно володіють технологіями створення або вирощування нанопровідників з допомогою високоенергетичних хімічних або фізичних процесів, але такі нанопроводники мають масу недоліків, вони дуже крихкі і неміцні, а їх матеріал досить швидко руйнується при багатократних циклах розряду і заряду акумуляторної батареї.
Використовуючи генетично модифікований спеціальним чином штам вірусу M13, група дослідників з Массачусетського технологічного інституту змогла виростити "сітку" з нанопровідників, товщиною всього 80 нанометрів, мають досить велику площу поверхні. Вірус M13 був модифікований таким чином, що він почав збирати з навколишнього середовища атоми певного металу, подібно до того, як деякі морські організми збирають кальцій з морської води, вибудовуючи з нього свої раковини.
"Витягаючи" з навколишнього середовища атоми марганцю, віруси побудували навколо себе оболонку з окису марганцю, перетворившись в міцні нанопроводники. Окис марганцю є матеріалом, який досить часто використовується в якості матеріалу для електродів акумуляторних батарей завдяки наявності маси гострих шипів і виступів на його поверхні, які збільшують площу поверхні електродів. Крім цього, такий метод створення нанопровідників, що йде при кімнатній температурі, дозволяє отримати не окремі нанопроводники а цілі мережі з множини пов'язаних між собою нанопровідників, які представляють собою досить міцну структуру, що витримує значні механічні навантаження.
Після створення мережі нанопровідників вона поміщається в інший хімічний розчин, з якого віруси починають черпати атоми іншого металу паладію. Покриття марганцевого нанопроводника палладиевой плівкою дозволяє у багато разів збільшити електричну провідність нанопроводника, що знижує втрати енергії при проходженні через нього електричного струму, дозволяючи реалізувати більш швидкий процес зарядки акумуляторної батареї і організувати більш швидкий відбір енергії, що міститься в акумуляторній батареї.
Використовуючи такий "вірусний" процес, дослідники створили катод для досвідченого зразка літій-повітряної акумуляторної батареї, яка була піддана циклу жорстких випробувань. В ході цих випробувань батарея без помітного зниження своїх показників витримала лише 50 безперервних циклів зарядки-розрядки. Це, звичайно, істотно менше тисяч циклів, які можуть витримувати літій-іонні акумуляторні батареї, але слід врахувати, що нова літій-повітряна батарея є лише першим "пробною кулею" в напрямку вірусних технологій виготовлення акумуляторних батарей. І подальші дослідження, спрямовані на пошук відповідного складу електроліту, на розробку оптимальної форми електродів і оптимальної конструкції батареї дозволять вченим, принаймні на це сподіваються, домогтися результатів, які зроблять технологію вірусного виробництва комерційно життєздатною.