Ученые научили вирусы собирать батарейки

Ученые разработали технологию сборки катодов и анодов литий-ионных аккумуляторов при помощи генетически модифицированных вирусов. Ее основные положения изложены в пресс-релизе Массачусетского технологического института (MIT), сотрудники которого принимали участие в исследовании.

В своей работе ученые использовали бактериофаги М13 — вирусы, заражающие бактерий,— для создания катода аккумулятора. В результате изменения двух генов М13 в оболочке бактериофагов появились две пептидные (белковые) группы. Одна из них характеризуется способностью «прилипать» к углеродным нанотрубкам, а вторая может захватывать фосфат железа.

За счет «работы» второй пептидной группы вирусы покрываются оболочкой из фосфата железа, а затем, используя первую, выстраиваются вдоль «подброшенных» исследователями нанотрубок. Фосфат железа обычно применяется при создании катодов литий-ионных аккумуляторов, так как при реакции с ионами лития он способен накапливать энергию. Однако это соединение является плохим проводником, что затрудняет отдачу энергии и снижает качество аккумулятора.

Сформированные вирусами «провода» позволяют преодолеть эту трудность, так как углеродные нанотрубки обладают очень хорошими проводящими качествами. Авторы исследования показали, что использование новой технологии существенно улучшает проводящие характеристики катода, не сильно утяжеляя его. В лабораторных тестах аккумуляторы, содержащие собранные вирусами катоды, перезаряжались без потери емкости около ста раз. Это несколько ниже, чем в используемых сейчас стандартных литий-ионных аккумуляторах. В ближайшем будущем исследователи рассчитывают улучшить конструкцию своего катода.

Три года назад та же группа ученых «приспособила» бактериофаги для создания анодов. Вирусы покрывали себя оксидом кобальта и золотом и самоорганизовались в тонкие волокна. Теперь исследователи смогли создать полностью «вирусный» аккумулятор. Пилотные аккумуляторы имеют размер монеты. В перспективе ученые намерены уменьшить их и сделать более гибкими.