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病毒内置纳米线有助于提高电池性能

时间：2021-07-28 14:17:16 来源：

将其留给麻省理工学院的向导进行惊人的创新。麻省理工学院的研究人员已经找到了一种在经过修饰的病毒的帮助下提高锂空气电池性能的方法。

MITs病毒增强的纳米线，用于锂空气电池阴极。

锂空气电池已成为近年来的热门研究领域：他们承诺将大大增加每电池重量的功率，这可能会导致例如续驶里程更大的电动汽车。但是，实现这一承诺面临着许多挑战，包括需要为电池电极开发更好，更耐用的材料，以及提高电池可以承受的充放电循环次数。

考虑到这一背景，麻省理工学院的研究人员发现，将转基因病毒添加到纳米线的生产中，纳米线大约相当于红细胞的宽度，并且可以用作电池的电极之一，可以帮助解决其中的一些问题。。

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研究生Dahyun Oh，Angela Belcher教授和Yang Shao-Horn教授以及其他三位作者合着的《自然通讯》杂志上发表的一篇论文描述了这项新作品。

他们工作的关键是增加导线的表面积，从而增加在电池充电或放电期间发生电化学活性的面积。

研究人员使用一种名为M13的转基因病毒生产了一系列纳米线，每条纳米线的宽度大约为80纳米，该病毒可以捕获水中的金属分子并将其结合成结构形状。贝尔彻说，在这种情况下，锰氧化物的电线实际上是由病毒制造的。锰氧化物是锂空气电池正极的“最喜欢的材料”。但是，与通过常规化学方法“生长”的金属丝不同，这些由病毒构建的纳米金属丝具有粗糙，尖锐的表面，从而大大增加了它们的表面积。

贝尔彻（W.M.）凯克能源教授和麻省理工学院科赫综合癌症研究所的附属机构解释说，这种生物合成过程“确实类似于鲍鱼如何生长其外壳” –在这种情况下，是从海水中收集钙并将其沉积到固体中，链接结构。

Belcher说，通过这种方法产生的表面积增加可以为锂空气电池的充电和放电速率提供“很大的优势”。她说，但是该过程还具有其他潜在优势：与涉及耗能高的高温和有害化学物质的常规制造方法不同，该过程可以在室温下使用水基工艺进行。

而且，病毒自然会产生交联导线的三维结构，而不是孤立的导线，从而为电极提供更大的稳定性。

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该过程的最后一部分是添加少量的金属（例如钯），这会大大提高纳米线的电导率，并使它们催化在充电和放电过程中发生的反应。其他小组已经尝试使用纯金属或高浓度金属作为电极来生产这种电池，但是这种新工艺极大地降低了所需昂贵材料的数量。

总而言之，这些修改有可能制造出一种电池，其能量密度可以比当今最好的锂离子电池高出两到三倍（对于给定的重量可以存储的能量）。研究人员说，最有力的竞争者。

Belcher强调，这是早期研究，需要更多的工作来生产可商业化生产的锂空气电池。这项工作仅着眼于阴极的一种成分的生产。其他必不可少的部分，包括电解质（锂离子从一个电池的电极穿过到另一电极的离子导体），需要进一步研究以找到可靠，耐用的材料。同样，尽管通过50次充电和放电循环成功地测试了该材料，但对于实际使用而言，电池必须能够承受数千次这样的循环。

尽管这些实验使用病毒进行分子组装，但Belcher说，一旦找到并测试了用于此类电池的最佳材料，实际的制造过程可能会以不同的方式进行。她说，这是她实验室过去开发的材料发生的。该化学方法最初是使用生物方法开发的，但随后在实际生产中替代了更易于扩展以进行工业规模生产的替代方法。

除Oh，Belcher和Shao-Horn外，这项工作还由麻省理工学院的研究科学家齐继发，张勇和博士后陆一春进行。

麻省理工学院团队的工作是以前不相关的技术的有趣结合。尽管这个想法可能不会很快出现，但对于其他人来说，它无疑是一个开始的指南。祝贺当然是有条理的，但这似乎太微不足道了。它更像是“哇！真是个好主意。”

通过。布莱恩·韦斯滕豪斯

资料来源：http://newenergyandfuel.com/http:/newenergyandfuel/com/2013/11/14/a-virus-people-may-come-to-like/

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