Генетически модифицированные вирусы могут быть использованы в создании нового типа гибких, мощных, дешевых и экологически безопасных литиевых батарей для питания самых разных устройств - от мобильных телефонов до автотранспорта, утверждают авторы исследования, опубликованного в журнале Science.
Ученые из Массачусетского технологического института под руководством профессора Анджелы Белкер (Angela Belcher) показали, как с помощью генетически модифицированных вирусов бактериофагов, инфицирующих бактерии и безвредных для человека, запустить процесс самосборки рабочих электродов литиевого аккумулятора.
Любой литиевый аккумулятор состоит из трех наиболее важных элементов: двух электродов - анода, отдающего ионы лития в процессе разряда аккумулятора, катода - эти ионы принимающего, и литиевого электролита, пропускающего ток ионов между электродами и не проводящего ток электронов, направляемых во внешнюю электрическую цепь для питания электронных устройств.
Публикацию, посвященную сборке анода с помощью вирусов, ученые опубликовали еще три года назад, описав процесс самосборки материала с помощью генетически модифицированных бактериофагов, покрывающих свою оболочку оксидом кобальта и золотом и агрегирующих в тонкие волокна, массив которых на полимерной поверхности и образует анодный материал.
В новой статье ученые показали гораздо более сложный процесс сборки катода - отрицательно заряженного электрода, состоящего из двух стадий. На первой стадии бактериофаги, претерпевшие генетическую модификацию, покрывают свою оболочку аморфным фосфатом железа, способным обратимо принимать и отдавать ионы лития, а затем селективно присоединяются к углеродным нанотрубкам, обладающим высокой электропроводностью.
Получающийся в ходе такого двухстадийного процесса материал обладает высокой электронной проводимостью и скоростью перезарядки именно за счет разветвленной структуры, в которой каждая вирусная частица, способная принимать и отдавать ионы лития, связана с углеродной нанотрубкой, хорошо проводящей электрический ток.
Аккумулятор, собранный на основе таких "вирусных" электродов, продемонстрировал мощность и емкость на уровне самых совершенных современных аккумуляторов, а также отсутствие деградации параметров при как минимум ста циклах перезарядки. При этом авторы работы отмечают, что получение такой литиевой батареи обходится значительно дешевле, и, в отличие от обычных аккумуляторов, не требует использования токсичных химических веществ - все процессы идут в водной среде при комнатной температуре.
Благодаря процессу самосборки электродам можно придать самую разнообразную форму еще на стадии синтеза, что позволит встраивать их в самые различные портативные электронные устройства, считают авторы статьи.
