Τα τελευταία χρόνια πολλοί ασχολούνται με την έρευνα πάνω στις μπαταρίες lithium-air, καθώς «υπόσχονται» μεγάλη αύξηση της ισχύος αναλογικά με το βάρος -κάτι που θα μπορούσε να έχει, για παράδειγμα, σημαντική επίδραση στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, αυξάνοντας την εμβέλειά τους.
Ωστόσο, η έρευνα αντιμετωπίζει εμπόδια, στα οποία συμπεριλαμβάνεται η ανάγκη ανάπτυξης καλύτερων, πιο ανθεκτικών υλικών για τα ηλεκτρόδια των μπαταριών και η αύξηση του αριθμού των «κύκλων» φόρτισης – αποφόρτισης που μπορεί να αντέξει η μπαταρία.
Ερευνητές του ΜΙΤ διαπίστωσαν ότι, εισάγοντας γενετικά τροποποιημένους ιούς στην παραγωγή νανοκαλωδίων (καλώδια πλάτους αντίστοιχου ενός ερυθρού αιμοσφαιρίου, τα οποία μπορούν να παίξουν τον ρόλο ηλεκτροδίων), ενδεχομένως να είναι δυνατόν να ξεπεραστούν κάποια από αυτά τα εμπόδια.
Η έρευνά τους περιγράφεται σε paper στο Νature Communications, το οποίο συνετάχθη από τους Νταχιούν Οχ, Άντζελα Μπέλχερ, Γιανγκ Σάο Χορν και άλλα τρία άτομα. Το «κλειδί» στη δουλειά τους ήταν η αύξηση της επιφάνειας του καλωδίου, αυξάνοντας έτσι την έκταση της περιοχής όπου λαμβάνει χώρα η ηλεκτροχημική δραστηριότητα κατά την φόρτιση και αποφόρτιση της μπαταρίας.
Οι ερευνητές δημιούργησαν μία σειρά νανοκαλωδίων, το καθένα πλάτους περίπου 80 νανομέτρων, μέσω της χρήσης ενός γενετικά τροποποιημένου ιού υπό την ονομασία Μ13, που μπορεί να «αιχμαλωτίσει» μόρια μετάλλων από το νερό και να τα «δέσει» σε δομές.
Επί της προκειμένης, οι ιοί δημιούργησαν καλώδια από οξείδιο του μαγγανίου (υλικό που προτιμάται στις μπαταρίες lithium-air). Η διαφορά σε σχέση με τις «συμβατικές» χημικές μεθόδους δημιουργίας καλωδίων είναι ότι τα καλώδια που δημιουργήθηκαν μέσω ιών έχουν πιο «τραχιά» επιφάνεια, με πολλές προεξοχές, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του συνολικού εμβαδού της.
Σύμφωνα με την Άντζελα Μπέλχερ, κάτοχο της έδρας W. M. Keck Professor of Energy και μέλος του Koch Institute for Integrative Cancer Research του ΜΙΤ, η συγκεκριμένη διαδικασία είναι παρόμοια με αυτήν που παρατηρείται σε κάποια μαλάκια (abalone- «αυτί της θάλασσας») όταν αναπτύσσουν το κέλυφός τους, συλλέγοντας ασβέστιο από το νερό και δημιουργώντας μία σκληρή, ανθεκτική δομή.
Κατά την Μπέλχερ, η αύξηση της επιφάνειας που προκύπτει από αυτή τη μέθοδο συνεπάγεται μεγάλα πλεονεκτήματα για τις μπαταρίες lithium-air, ενώ αξίζει να σημειωθεί ότι, σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους, που περιλαμβάνουν χρήση επικίνδυνων χημικών και υψηλές θερμοκρασίες, η συγκεκριμένη διαδικασία βασίζεται στο νερό και απαιτεί μόνο θερμοκρασία δωματίου. Επίσης, αντί για απομονωμένα καλώδια, η εν λόγω μέθοδος έχει ως αποτέλεσμα την παρασκευή μιας τρισδιάστατης δομής μπλεγμένων καλωδίων, που συνεπάγεται μεγαλύτερη σταθερότητα για ένα ηλεκτρόδιο.
Το τελικό κομμάτι της διαδικασίας είναι η πρόσθεση μικρής ποσότητας ενός μετάλλου, όπως το παλλάδιο, το οποίο αυξάνει την ηλεκτρική αγωγιμότητα των νανοκαλωδίων και τους επιτρέπει να λειτουργούν ως καταλύτες σε αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την φόρτιση και αποφόρτιση.
Συνολικά, τα επιτεύγματα αυτά μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας μπαταρίας που θα μπορούσε να παρέχει δύο με τρεις φορές μεγαλύτερη «πυκνότητα» ενέργειας (ενέργεια κατ’αντιστοιχία με βάρος) από ό,τι οι καλύτερες σημερινές μπαταρίες lithium-ion. Ωστόσο, σύμφωνα με τη Μπέλχερ, η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε πρώιμα στάδια.
Στην έρευνα συμμετείχαν και οι Τζίφα Κι, Γιονγκ Ζανγκ και Γι Τσουν Λου. Το πρόγραμμα υποστηρίζεται από τον U.S. Army Research Office και το National Science Foundation.
