MIT發(fā)明“病毒電池”技術(shù)，有望投入商用

    美國麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員發(fā)明了一種新技術(shù)，可利用病毒來組裝尺寸微小的、并可印刷在塑料薄膜上的電池。

    該病毒是一種基因工程病毒，專門用來做為自組裝(self-assemble)奈米級鋰離子電池的材料；所產(chǎn)出的電池則是利用環(huán)保制程印刷在塑料薄膜上。MIT的研究人員表示，該種軟性電池薄膜的主要零件已經(jīng)完成；他們并展示了該種電池媲美現(xiàn)有筆記型計算機(jī)、混合動力車輛鋰離子電池的性能。

    MIT的研究團(tuán)隊目前正在對該材料進(jìn)行最佳化，期望讓其性能超越現(xiàn)有的鋰離子電池；而他們的最終目標(biāo)是將這種可印刷電池薄膜商業(yè)化。

    「病毒為電池布線提供了新途徑；」率領(lǐng)該研究團(tuán)隊的MIT材料科學(xué)家Angela Belcher表示：「現(xiàn)在我們已經(jīng)開發(fā)出正極、負(fù)極材料，以及微接觸(micro-contact)印刷方法。」接下來該團(tuán)隊將最佳化電池的性能，并為了商業(yè)化升級技術(shù)。

    除了提升電池性能，MIT的科學(xué)家表示他們將透過使用低價、可印刷組裝技術(shù)，創(chuàng)造出現(xiàn)有制程不可能呈現(xiàn)的電池形狀。不過在現(xiàn)場展示中，MIT的研究人員是將該種電池做成傳統(tǒng)的鈕扣形狀來做示范。

    不久前，MIT校長Susan Hockfield還在美國白宮一場討論綠色能源科技的會議上，向美國總統(tǒng)歐巴馬展示了該病毒電池的原型；Hockfield表示，這種軟性電池薄膜能使用環(huán)保制程技術(shù)，在接近室溫下進(jìn)行制造。

    典型的鋰離子電池是使用帶負(fù)電的、石墨制成的正極，來調(diào)節(jié)流向帶正電、用鈷制程的負(fù)極；而MIT所研發(fā)的電池，正極與負(fù)極材料都是自組裝架形成架構(gòu)，且由于是活病毒組成的奈米級圖案，因此能提供更大的表面積。

    這些病毒是從普通的噬菌體(bacteriophages)族群中所選出來的，會吞噬細(xì)菌，但是對人體無害。研究人員以基因工程方式，透過創(chuàng)造出數(shù)十億的隨機(jī)變種，讓病毒自組裝成奈米級電池薄膜；接下來他們將利用「適者生存(survival-of-the-fittest)」法則，選擇出那些能發(fā)揮最佳所需性能的病毒。

    去年該研究團(tuán)隊展示了使用病毒自組裝所形成的正極材料，以微接觸印刷技術(shù)所制造出的軟性電池薄膜；該次示范是使用傳統(tǒng)的陰極材料。現(xiàn)在基因工程病毒已經(jīng)可以自組裝成陰極材料，也完成了該種電池商業(yè)化所需的最后一種關(guān)鍵零件。

    「我們已經(jīng)利用基因工程培育出陰極材料──是由鋰離子磷酸鹽與銀所組成的奈米線；這種材料會拾取(pick up)其頂部的單一碳奈米管，以增加其導(dǎo)電性。」Belcher表示。

    在上一次的展示中，MIT所使用的自組裝正極材料是使用不同的病毒；在該種病毒外部覆蓋了氧化鈷與金，以形成奈米線。而新病毒則是使用了類似的方法，在外部覆蓋磷酸鹽鐵與銀，然后使用分子辨識(molecular recognition)在其末端拾取奈米管，以達(dá)到更有效率的電子傳輸。

    「我們一開始在沒有奈米管的情況下設(shè)計該種材料，但其導(dǎo)電性卻不夠好；然后我們發(fā)現(xiàn)病毒會借著分子辨識與奈米管接觸。」Belcher表示：「這也是最困難的部份，因為在數(shù)十億病毒會選擇中只有兩個會拾取頂端的奈米管；這兩個病毒有不同的基因碼，而且是透過適者生存法則所選出的。」

    所產(chǎn)生出的材料(能以液狀大量生產(chǎn)，然后干燥成粉末狀)是由5%的碳奈米管所組成；在展示中，該種使用微接觸印刷技術(shù)所制成的電池，能重復(fù)充電數(shù)百次且在性能上幾乎沒有下降。接下來MIT的研究人員希望能進(jìn)一步提升其以鋰為基礎(chǔ)的材料配方，透過添加金屬到該種磷酸鹽鋰混合物中，提供更佳的性能；例如氧化鎂磷酸鹽鋰，或是鎳磷酸鹽鋰

(參考原文：MIT harnesses viruses to print 'green' batteries，by R. Colin Johnson)

麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology，縮寫：MIT）是美國一所綜合性私立大學(xué)，有“世界理工大學(xué)之最”的美名。位于麻薩諸塞州的劍橋市，查爾斯河（Charles River）將其與波士頓的后灣區(qū)（Back Bay）隔開。今天MIT無論是在美國還是全世界都有非常重要的影響力，培養(yǎng)了眾多對世界產(chǎn)生重大影響的人士，是全球高科技和高等研究的先驅(qū)領(lǐng)導(dǎo)大學(xué)，也是世界理工科菁英的所在地。麻省理工是當(dāng)今世界上最富盛名的理工科大學(xué)，《紐約時報》筆下“全美最有聲望的學(xué)校”。