211service.com
Virussamlede mikrobatterier
I takt med at elektroniske enheder gøres stadig mindre, er der stigende efterspørgsel efter tilsvarende minimale strømkilder. Nu har MIT-forskere rapporteret om et vigtigt fremskridt i retning af at bygge sådanne mikroskopiske batterier. De brugte en virus til at samle anoder oven på elektrolytlag - to af de tre hovedkomponenter i et fungerende batteri - og forbandt dem til strømopsamlende overflader. Komponenterne, beskrevet i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences , er kun fire mikrometer brede og kunne finde anvendelse i laboratorier på en chip eller andet lille medicinsk udstyr, siger forskerne.
Kraftpakning: MIT-forskere skabte virusbaserede mikrobatterier printet oven på fire platinbånd, set udvidende mod venstre. To rækker batterielektroder, der er for små til at kunne ses her, er justeret på den tilspidsede ende af hvert platinbånd og dækket med lithiumfolie til elektrisk test.
At bygge mikroskopiske batterier har tidligere vist sig vanskeligt, fordi andelen af elektrokemisk aktivt materiale inde i et batteri falder, efterhånden som dets størrelse reduceres. En anden tendens inden for elektronik går i retning af at mønstre enheder på fleksible eller buede overflader, som strømkilder skal kunne tilpasse sig. MIT-arbejdet tyder på, at små, pålidelige batterier både kan fremstilles i mikroskopisk skala og indlejres på en række forskellige overflader.
Det nye ved denne forskning er både størrelsen [af batterielektroderne] og den proces, vi brugte til at placere dem, siger Angela Belcher , professor i materialevidenskab ved MIT, som samarbejdede med kolleger Endnu-Ming Chiang og Paula Hammond på arbejdet. De begyndte med at ætse søjler fire mikrometer brede og nogle få mikrometer høje på en siliciumbaseret overflade for effektivt at skabe et stempel. De afsatte derefter vekslende lag af to forskellige polymerer, som fungerede som den faste elektrolyt og batteriseparator, oven på disse søjler.
Dernæst ringede en virus M13 , som forskerne har brugt i tidligere selvsamlingsstudier, blev brugt til at lave anoden. Virussen er lavet af proteiner, som kan genetisk modificeres til at reagere med bestemte stoffer. I dette tilfælde genererede det strukturerede arrays af koboltoxid-nanotråde oven på den faste elektrolyt. Til sidst blev de samlede elektroder vendt om og presset på tynde bånd af platin, som blev forbundet til en kobberkontakt for at opsamle strøm fra enheden.
Forskerne testede enhedens ydeevne ved hjælp af et lag lithiumfolie og fandt ud af, at kvaliteten af elektroderne er nøjagtig den samme som før, siger Belcher med henvisning til gruppens tidligere demonstrationer af større virus-samlede batterier. Hun tilføjer, at koboltoxidanoden har en meget højere ladningskapacitet end de kulstofbaserede elektroder, der typisk bruges i lithium-ion-batterier, og at den er stabil under op- og afladning. Det har også en højere tæthed af aktivt materiale end konventionelle batterier.
Andre fordele ved virussamling omfatter funktion ved stuetemperatur og præcis kontrol over størrelsen og afstanden mellem nanomaterialer, hvilket fører til ensartede og let reproducerbare enheder. Forskernes næste mål er at tilføje en virus-samlet katode for at skabe et komplet batteri. Da de har eksperimenteret med forskellige materialer og har fremstillet katoder i større skala, siger Belcher, at det absolut er muligt at inkorporere mikrokatoder i trykmetoden. I fremtiden, tilføjer hun, vil de arbejde hen imod enheder med højere energitæthed og skabe enheder, der er biokompatible.