Различного рода батарейки – это то, что большинство из нас активно использует в повседневной жизни и о чем сильно не задумывается. А ведь подавляющая часть устройств, от автомобилей и ноутбуков до сотовых телефонов, работает при помощи аккумуляторов и прочих похожих элементов. В связи с необходимостью перехода к более экологичным методам энергоснабжения, особенно автомобилей, многие ученые трудятся над тем, чтобы сделать батареи лучше.
Группа разработчиков Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology – МТИ) сообщила о том, что они способны создать аккумулятор, работающий на распространенном вирусоподобном организме, называемом бактериофагом, для человека абсолютно безвредном. Анджела Бэлчер (AngelaBelcher), ведущий исследователь этой команды заявила, что новая батарея в недалеком будущем может быть использована для энергоснабжения различных электронных устройств и даже средств транспорта.
Очередное изобретение МТИ было описано 2го апреля в онлайн версии журнала «Наука» (Science). Согласно статье, батарея может быть изготовлена дешевле ныне существующих и будет более доброжелательна по отношению к окружающей среде, прежде всего благодаря тому, что процесс создания может быть реализован при температуре меньшей, чем комнатной, не требует применения агрессивных органических растворителей, а также нет необходимости использовать какие-либо токсичные материалы. В противоположность, элементы литиевых батарей сложно назвать безвредными для экологии.
В традиционных элементах питания отрицательно заряженный анод изготавливается из графита, а положительно заряженный катод – из оксида кобальта или фосфата лития. Сотрудники МТИ сообщают, что уже три года назад Белчер (Belcher) с коллегами могли создать анод из вирусов. Они придавали им способность синтезировать/накапливать на своей поверхности оксид кобальта и золото. После процесса создания покрытия вирусы связываются между собой в полноценные нанопровода.
Нынешнее сообщение появилось в прессе спустя долгое время: только после того как команда стала способна осуществить сложный процесс создания мощного катода для пары с существующим анодом. Катоды более сложны для построения, потому что они должны быть высокопроводящими, но большинство материалов, подходящих для их изготовления, обладают выраженными изолирующими свойствами. Членам исследовательской команды удалось создать катоды на основе генетически модифицированных бактериофагов, которые синтезируют и покрывают себя фосфатом железа и затем вовлекают углеродные нанотрубки в создаваемую сеть высокопроводящего материала.
Вирусы «программируются» таким образом, чтобы связываться исключительно со специфичным материалом. Углеродные нанотрубки в катоде МТИ и каждый нанопровод из фосфата железа могут быть без труда связаны в токопроводящую сеть из нанотрубок, давая возможность электронам перемещаться через сеть нанотрубок и, таким образом, передавать энергию за короткое время.
Исследователи утверждают, что добавление нанотрубок из углерода в качестве компонента батареи немного увеличивает массу устройства, но и повышает проводимость катода. Ученые подсчитали, что в эксперименте материал катода может быть заряжен/разряжен как минимум 100 раз прежде чем потеряет свою емкость. Это намного меньше, чем литий-ионные аккумуляторы, но недостаток компенсируется тем, что «вирусные» батареи работают значительно дольше между зарядками.
Прототип нового элемента питания был помещен в форм-фактор монетовидной батарейки и использован для энергоснабжения LED-осветителя. Опытная модель продемонстрирована президенту США Бараку Обаме (BarakObama) президентом МТИ Сьюзен Хокфилд (SusanHockfield). Встреча была посвящена необходимости дополнительного финансирования развития технологий «чистой энергии».
Команда исследователей планирует следующим этапом создать аккумулятор с материалами, дающими большую емкость и ток большего напряжения: фосфатом марганца и никеля. Когда это будет осуществлено, вируcные батареи планируется запустить в коммерческое производство.
