MIT成功利用病毒组装电池 适用于混合动力车应用

美国麻省理工学院(MIT)的研究人员发明了一种新技术，可利用病毒来组装尺寸微小的、并可印刷在塑胶薄膜上的电池。

该病毒是一种基因工程病毒，专门用来做为自组装(self-assemble)纳米级锂离子电池的材料；所产出的电池则是利用环保制程印刷在塑胶薄膜上。MIT的研究人员表示，该种软性电池薄膜的重要零件已经完成；他们并展示了该种电池媲美现有笔记本电脑、混合动力车辆锂离子电池的性能。

MIT的研究团队目前正在对该材料进行最佳化，期望让其性能超越现有的锂离子电池；而他们的最终目标是将这种可印刷电池薄膜商业化。

“病毒为电池布线供应了新途径；”率领该研究团队的MIT材料科学家AngelaBelcher表示：“现在我们已经开发出正极、负极材料，以及微接触(micro-contact)印刷方法。”接下来该团队将最佳化电池的性能，并为了商业化升级技术。

图：率领MIT印刷电池研究团队的AngelaBelcher。

除了提升电池性能，MIT的科学家表示他们将透过使用低价、可印刷组装技术，创造出现有制程不可能呈现的电池形状。不过在现场展示中，MIT的研究人员是将该种电池做成传统的钮扣形状来做示范。

不久前，MIT校长SusanHockfield还在美国白宫一场讨论绿色能源科技的会议上，向美国总统欧巴马展示了该病毒电池的原型；Hockfield表示，这种软性电池薄膜能使用环保制程技术，在接近室温下进行制造。

典型的锂离子电池是使用带负电的、石墨制成的正极，来调节流向带正电、用钴制程的负极；而MIT所研发的电池，正极与负极材料都是自组装架形成架构，且由于是活病毒组成的奈米级图案，因此能供应更大的表面积。

这些病毒是从普通的噬菌体(bacteriophages)族群中所选出来的，会吞噬细菌，但是对人体无害。研究人员以基因工程方式，透过创造出数十亿的随机变种，让病毒自组装成奈米级电池薄膜；接下来他们将利用“适者生存(survival-of-the-fittest)”法则，选择出那些能发挥最佳所需性能的病毒。

去年该研究团队展示了使用病毒自组装所形成的正极材料，以微接触印刷技术所制造出的软性电池薄膜；该次示范是使用传统的阴极材料。现在基因工程病毒已经可以自组装成阴极材料，也完成了该种电池商业化所需的最后一种关键零件。

“我们已经利用基因工程培育出阴极材料──是由锂离子磷酸盐与银所组成的奈米线；这种材料会拾取(pickup)其顶部的单一碳奈米管，以新增其导电性。”Belcher表示。

在上一次的展示中，MIT所使用的自组装正极材料是使用不同的病毒；在该种病毒外部覆盖了氧化钴与金，以形成奈米线。而新病毒则是使用了类似的方法，在外部覆盖磷酸盐铁与银，然后使用分子辨识(molecularrecognition)在其末端拾取奈米管，以达到更加有效率的电子传输。

“我们一开始在没有奈米管的情况下设计该种材料，但其导电性却不够好；然后我们发现病毒会藉着分子辨识与奈米管接触。”Belcher表示：“这也是最困难的部份，因为在数十亿病毒会选择中只有两个会拾取顶端的奈米管；这两个病毒有不同的基因码，而且是透过适者生存法则所选出的。”

所出现出的材料(能以液状大量生产，然后干燥成粉末状)是由5%的碳奈米管所组成；在展示中，该种使用微接触印刷技术所制成的电池，能重复充电数百次且在性能上几乎没有下降。接下来MIT的研究人员希望能进一步提升其以锂为基础的材料配方，透过添加金属到该种磷酸盐锂混合物中，供应更佳的性能；例如氧化镁磷酸盐锂，或是镍磷酸盐锂。