Разработка литиево-воздушных батарей в последние годы велась очень активно. Технология позволяет значительно увеличить емкость аккумулятора, уменьшив при этом вес. Такие батареи могут использоваться в электромобилях, где к данным параметрам предъявляются очень высокие требования. Впрочем, у данной технологии есть и определенные недостатки.
В частности, перед учеными встала проблема увеличения количества циклов зарядки-разрядки, а также использования более прочных материалов для электродов. Исследователям Массачусетского технологического института (MIT), кажется, удалось решить некоторые из этих проблем. Ученые предложили использовать модифицированные вирусы в процессе производства нанопроводов (диаметр такого провода примерно равен ширине красных кровяных телец). Нанопровода могут использоваться в качестве одного из электродов в литиево-воздушных батареях. Научная статья с полным описанием концепции опубликована в журнале Nature Communications. Авторы статьи — профессора Анжела Белчер (Angela Belcher) и Янг Шао-Хорн (Yang Shao-Horn), а также четыре аспиранта.
Суть идеи проста. Авторы решили увеличить площадь поверхности электродов, чтобы улучшить процесс электрохимической реакции. Это в свою очередь должно увеличить количество циклов зарядки-разрядки батареи. Исследователям удалось создать массивы нанопроводов диаметром около 80 нанометров каждый. С помощью вируса M13, который может захватывать молекулы оксида марганца из воды и связывать их в структурные формы, удалось создать шероховатую, с острыми выступами нанопроволоку со значительно увеличенной площадью поверхности. Эти нанопровода, по словам профессора Белчер, фактически «были выращены вирусами». Именно поэтому, в отличие от традиционных методов, удалось добиться такой структуры материала. Белчер объяснила, что данный процесс схож с тем, как морское ушко выращивает свою ракушку, собирая кальций из воды.
Среди преимуществ такого подхода можно выделить существенно сократившееся время зарядки батареи. Кроме того, сам процесс создания такого провода довольно прост и безопасен — он происходит при комнатной температуре в водной среде. Заключительный этап создания нанопровода — добавление палладия, что позволяет увеличить электропроводность материала и катализировать химические реакции. В теории данная разработка может в два-три раза увеличить плотность аккумулятора — возможность сохранять энергию по отношению к массе.
В статье подчеркивается, что работа над литий-воздушными батареями только началась, до коммерческих образцов еще очень далеко. Лабораторные образцы пока проверяли только в цикле 50 зарядок-разрядок, в то время как коммерческая батарея должна выдерживать тысячи циклов. С другой стороны, главный результат данного исследования в другом — найден новый способ производства нанопроводов для аккумулятора. Если вместо оксида марганца ученые будут использовать более совершенный материал, вирус все равно сможет собрать нанопровод с нужной структурой. Более того, данный механизм может быть использован и для других целей, а не только для сборки электродов.
Источник: 3DNews
|
