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電池續(xù)航不給力？病毒來幫忙
閱讀：230 發(fā)布時間：2013-11-15鋰空氣電池（Lithium-air batteries）近幾年成為熱門研究領(lǐng)域：它們有望在每單位電池重量下大幅增加電力,，而那會使，例如：智能手機待機時間更長,、電動車的行駛距離更長,。不過要使這個美夢成真將面臨諸多挑戰(zhàn)，包括需要為電池的電極開發(fā)更好,、更耐用的電極,，同時改善電池能夠承受的充、放電循環(huán),。
現(xiàn)在 MIT 的研究者發(fā)現(xiàn),，將經(jīng)過基因改造、會產(chǎn)生納米線（nanowires,，這種納米線的寬度約為一個紅血球,，且能作為一種電池電極使用）的病毒，能幫助解決一些問題,。
一篇發(fā)表在《Nature Communications》期刊中的論文敘述這項新研究,，由 Dahyun Oh、Angela Belcher 與 Yang Shao-Horn 教授以及其他三位共同完成,。其研究關(guān)鍵在于增加導(dǎo)線的表面面積,，因而增加了電池在充、放電時,，發(fā)生電化學(xué)活動的面積,。
研究者們利用一種經(jīng)過基因改造的病毒，稱為 M13,，來制造一個納米線陣列,，每個寬度約 80 nm,。這種病毒能從水中捕捉金屬分子并將之結(jié)合成結(jié)構(gòu)化的形狀。在此例中,，氧化錳的納米線 -- 一種“受歡迎的”鋰空氣電池陰極材料,，Belcher 表示 -- 實際上是由病毒所制造。但與透過傳統(tǒng)化學(xué)方法所“生長的”納米線不同,，這些由病毒所建立的納米線具有粗糙,、滿是尖刺的表面，那大幅增加其表面積,。
Belcher（W.M. Keck 能源教授以及 MIT Koch 整合癌癥研究所的成員）解釋,，這種生物合成的過程“真的與一個鮑魚（abalone）如何生長牠的殼十分相似” -- 此例中，是從海水中收集鈣并將之沉積在一固態(tài)的,、相連的結(jié)構(gòu)上,。
Belcher 表示，利用此法增加表面積為鋰空氣電池的充,、放電速度提供“很大的優(yōu)勢”,。她表示，這種製程也有其他潛在優(yōu)勢：不像傳統(tǒng)的制造方法,，那涉及能源密集的高溫與有害的化學(xué)物質(zhì),，這種方法能在室溫下使用基于水的製程完成。而且,，并非制造單一納米線,，這種病毒天生就會產(chǎn)生一種三維的、交錯連結(jié)的線狀結(jié)構(gòu),，那為電極提供更好的穩(wěn)定性,。
此製程的zui終部份是添加少量金屬，例如：鈀（palladium）,，那能大幅增加納米線的導(dǎo)電性并允許它們在充,、放電期間進行催化反應(yīng)。其他小組曾嘗試?yán)眉兊幕蚋叨葷饪s的金屬制造這樣的電池,，不過這種新製程大幅降低所需要的昂貴材料數(shù)量,。
總而言之，這些修改有潛力制造出能量密度（在一定重量下所能儲存的能量總量）比今日*的鋰離子電池（一種密切相關(guān)的技術(shù),，那是今日的*競爭者）還要大二到三倍的電池,，研究者表示,。
Belcher 強調(diào),，這是屬于初期階段的研究，需要進行更多研究,，以制造出值得進行商業(yè)化生產(chǎn)的鋰空氣電池,。這項研究只觀察一種元件的制造 -- 陰極,；其他必要部份，包括電解質(zhì) -- 讓鋰離子從電池的一端電極穿越到另一端的離子導(dǎo)體 -- 需要更進一步的研究以找到可靠,、耐用的材料,。此外，雖然這種材料雖然成功經(jīng)歷過 50 次的充電與放電,，不過對于一個實用的電池而言,，須能禁得起幾千次的循環(huán)。
雖然這些實驗使用病毒來進行分子組裝,，不過 Belcher 表示,，一旦這種電池的*材料被找到且經(jīng)過測試，實際制造或許會以不同方式完成,。這曾發(fā)生在她實驗室以前所開發(fā)的材料上,，她說：這種化學(xué)物質(zhì)zui初利用生物學(xué)方法來開發(fā)，但之后,，另一種更容易擴大到工業(yè)等級生產(chǎn)的方法則會在實際制造過程中取而代之,。
Jie Xiao，西北太平洋國家實驗室的研究科學(xué)家,，她并未涉及此研究,，稱此研究“在引導(dǎo)‘如何有效率地操縱（鋰空氣電池之催化反應(yīng)）’的研究上，是一大貢獻”,。她說這種“新穎的方法... 不僅為鋰空氣電池提供新的洞見,，在此研究中所引介的樣板（template）也能很容易地為其他催化系統(tǒng)所採用”。
除了 Oh,、Belcher 與 Shao-Horn 之外,，這項研究的成員還包括 MIT 研究科學(xué)家 Jifa Qi 與 Yong Zhang 還有博士后 Yi-Chun Lu。這項研究由 U.S. Army Research Office 與 NSF 所支持,。