A jövő akkumulátorait vírusok építik

Az amerikai MIT-n dolgozó tudósok egy csoportja apró vírusok segítségével úgynevezett nanocsoves struktúrát tudott létrehozni, amelyeket aztán nagyon vékony rétegben használtak fel lítium-ionos akkumulátorokban. Ennek a kialakításnak az lett a következménye, hogy – laboratóriumi körülmények között – jelentősen nőt az energiatároló kapacitás, egységnyi fizikai méretre kivetítve. Éppen ezért az apró akkumulátorok a hordozhatóelektronikai eszközök mellett olyan területeken is felbukkanhatnak, mint a gépjárművek: autók „üzemanyagának” tárolására szolgálhatnak a jövőben.

Angela Belcher, Paula Hammond és Yet-Ming Chiang közös munkájának eredményét az az eddig szokatlan eljárás hozta tető alá, mellyel egy élő organizmust sikerült nanostruktúra létrehozására felhasználni. Egy, a hétköznapi életben általánosnak mondható – bakteriofág, azaz baktériumokat fertőző – vírus néhány génjének megváltoztatásával a tudósok rá tudták venni az élő szervezetet, hogy a kívántnak megfelelő méretben és alakban növekedjen. A mikroorganizmus ember teljesen veszélytelen.

Az akkumulátorok két elektródából állnak – egy anódból és egy katódból -, illetve a közöttük levő elektrolitból. Mivel ezek a vírusok negatívan töltöttek, pozitívan töltött polimer rétegek közé helyezhetők, így vékony, ugyanakkor rugalmas lapokat létrehozva velük. Ez a vírussal sűrűn „töltött” lap szolgált anódként a kísérletben.

Jelen esetben az anód és a katód előállítása érdekes: az MIT-n tevékenykedő csapat arra késztette a mikrobákat, hogy speciális anyagokat – kobalt-oxidot és aranyat – gyűjtsenek. Génjeinek megváltoztatásával a vírus protein burkokat hozott létre, amelyek képes voltak a fenti elemeket magukhoz vonzani. Ezt követően a vírusok ultravékony csövecskékké nőve rendeződtek el a polimer felszínén – minden egyes példány 6 nanométer vastag, 880 nanométer hosszú alakot öltött. Mindez szobahőmérséklet és egy atmoszférás nyomás mellett ment végbe, vagyis nem volt szükség drága, nagynyomású és/vagy magas hőmérsékletű kamrák felhasználására.

A prototípus

És hogy miért pont a fenti anyagokat használtak a kutatók? A kobalt-oxid önmagában is jó kapacitástároló képességgel rendelkezik – az elektródáknál korábban használt anyagokhoz képest kétszer-háromszor sűrűbb energiatárolás valósítható meg általa, hasonló méret és tömeg mellett. Az arany hozzáadásával pedig a nanocsövek energiasűrűségét még tovább lehet növelni.

Nem meglepő módon az amerikai Collaborative Biotechnologies hadi kutatásokkal foglalkozó intézete támogatta a kísérleteket, illetve a szintén USA-beli Institute of Soldier Nanotechnologies is kivette a részét az anyagi feltételek előteremtésében. Remélhetőleg azért a kereskedelmi forgalomba kerülésre sem kell sokat várni, bár vannak még megoldandó problémák a fejlesztéssel kapcsolatban. Ezek legfontosabbika az élettartam: a fenti módszerrel előállított akkumulátorok jelenleg csak mintegy 100 újratöltést viselnek el.