211service.com
Mikrobaterie sestavené virem
S tím, jak jsou elektronická zařízení stále menší, roste poptávka po podobně nepatrných zdrojích energie. Nyní výzkumníci MIT oznámili důležitý pokrok směrem k budování takových mikroskopických baterií. Použili virus k sestavení anod na vrchních vrstvách elektrolytu – dvou ze tří hlavních součástí fungující baterie – a připojili je k povrchům sbírajícím proud. Komponenty popsané tento týden v Proceedings of the National Academy of Sciences , jsou jen čtyři mikrometry široké a mohly by najít uplatnění v laboratořích na čipu nebo jiných malých lékařských zařízeních, říkají vědci.
Napájení: Výzkumníci z MIT vytvořili mikrobaterie na bázi virů vytištěné na čtyřech platinových páscích, které se rozšiřují směrem doleva. Dvě řady bateriových elektrod, příliš malých na to, aby je zde bylo vidět, jsou zarovnány na zkoseném konci každého platinového pásku a potaženy lithiovou fólií pro elektrické testování.
Stavba mikroskopických baterií se v minulosti ukázala jako obtížná, protože podíl elektrochemicky aktivního materiálu uvnitř baterie klesá, jak se zmenšuje její velikost. Dalším trendem v elektronice je vzorování zařízení na ohebné nebo zakřivené povrchy, kterým se musí napájecí zdroje umět přizpůsobit. Práce MIT naznačuje, že malé, spolehlivé baterie mohou být vyrobeny v mikroskopickém měřítku a zapuštěny na různé povrchy.
Co je na tomto výzkumu nového, je jak velikost [bateriových elektrod], tak proces, který jsme použili k jejich umístění, říká Angela Belcher , profesor materiálové vědy na MIT, který spolupracoval s kolegy Přesto-Ming Chiang a Paula Hammondová na práci. Začali leptáním sloupců o šířce čtyři mikrometry a výšce několika mikrometrů na povrch na bázi křemíku, aby efektivně vytvořili razítko. Na tyto sloupce pak nanesli střídající se vrstvy dvou různých polymerů, které sloužily jako separátor pevného elektrolytu a baterie.
Dále, virus tzv M13 , který výzkumníci použili v dřívějších studiích samo-sestavení, byl použit k výrobě anody. Virus se skládá z proteinů, které mohou být geneticky modifikovány tak, aby reagovaly s konkrétními látkami. V tomto případě to vytvořilo strukturovaná pole nanodrátů z oxidu kobaltu na vrcholu pevného elektrolytu. Nakonec byly sestavené elektrody převráceny a přitlačeny na tenké pásy platiny, které byly spojeny s měděným kontaktem, aby sbíraly proud ze zařízení.
Výzkumníci testovali výkon zařízení pomocí vrstvy lithiové fólie a zjistili, že kvalita elektrod je přesně stejná jako dříve, říká Belcher s odkazem na dřívější demonstrace větších baterií sestavených virem. Dodává, že anoda z oxidu kobaltu má mnohem vyšší kapacitu pro ukládání náboje než elektrody na bázi uhlíku, které se obvykle používají v lithium-iontových bateriích, a že je stabilní během nabíjení a vybíjení. Má také vyšší hustotu aktivního materiálu než běžné baterie.
Mezi další výhody sestavování virů patří fungování při pokojové teplotě a přesné řízení velikosti a rozmístění nanomateriálů, což vede k jednotným a snadno reprodukovatelným zařízením. Dalším cílem výzkumníků je přidat katodu sestavenou virem, aby se vytvořila kompletní baterie. Protože experimentovali s různými materiály a vyrobili katody ve větším měřítku, Belcher říká, že začlenění mikrokatod do tiskové metody je rozhodně možné. V budoucnu, dodává, budou pracovat na zařízeních s vyšší hustotou energie a na vytváření zařízení, která jsou biokompatibilní.