Vi rút biến đổi gen làm tăng hiệu năng cho pin Lithium

Bằng sự trợ giúp của một loại vi rút biến đổi gen, pin Lithium-air đã cho hiệu năng và mật độ năng lượng cao hơn.

Trong những năm gần đây, công nghệ pin Lithium-air hứa hẹn cải thiện mật độ năng lượng so với pin Lithium-ion đã trở thành đề tài của nhiều nghiên cứu với mục đích mở rộng phạm vi hoạt động của các phương tiện chạy điện.

Bằng sự trợ giúp của một loại vi rút biến đổi gen, các nhà nghiên cứu tại viện công nghệ MIT đã tìm ra một phương pháp giúp cải thiện hiệu năng và độ bền của pin Lithium-air. Bằng phương pháp đó, mật độ năng lượng của pin Lithium-air có thể cao hơn từ 2 đến 3 lần so với pin Lithium-ion hiện nay.

Lí do chính khiến pin Lithium-air có thể “tự hào” về mật độ năng lượng cao hơn so với pin Lithium-ion là thay vì sử dụng các hợp chất hóa học nặng thông thường, pin Lithium-air sử dụng oxy từ không khí để phản ứng với cực dương Lithium thông qua một cực âm bằng khí carbon. Dây nano được sử dụng như một trong những điện cực của pin và chúng được hình thành trong quá trình phản ứng hóa học năng lượng cao. Các sợi nano đan xen vào nhau tạo nên một điện cực có tiết diện phẳng.

Gần đây, bằng việc sử dụng một phiên bản biến đổi gen của vi rút M13, nhóm nghiên cứu của viện công nghệ MIT đã có thể tăng diện tích bề mặt của một mảng dây nano lên khoảng 80 nm. Những vi rút này có khả năng “thu nhận các phân tử kim loại từ nước và gắn kết chúng thành các hình dạng cấu trúc, tương tự khả năng tự phát triển lớp vỏ của bào ngư”- Angela Belcher, giáo sư năng lượng tại W.M. Kech, đồng thời là thành viên của Viện nghiên cứu ung thư Koch thuộc MIT cho biết.

Các vi rút sẽ “xây dựng” các dây oxit mangan- một loại vật liệu thường được dùng làm cực âm của pin Lithium-air với bề mặt thô, có mấu nhọn. Thay vì bề mặt phẳng, các mấu nhọn trên mangan oxit sẽ hình thành dây dẫn bằng phương pháp hóa học thông thường, tạo ra diện tích bề mặt lớn hơn cho các phản ứng hóa học có thể xảy ra. Quá trình này cũng tạo ra một cấu trúc 3D chồng chéo thay vì các dây dẫn độc lập, giúp điện cực ổn định hơn. Thêm vào đó, trong phương pháp này, hoạt động của vi rút có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng.

Belcher hi vọng quy trình sản xuất pin Lithium-air theo phương pháp này có thể được thực hiện với các nghiên cứu. “Các chất hóa học ban đầu được phát triển bằng cách sử dụng phương pháp sinh học, nhưng sau đó nhờ có các phương tiện thay thế, quá trình mở rộng sản xuất quy mô công nghiệp đã được thay đổi trong sản xuất thực tế.”

Hiện tại, nhóm nghiên cứu chỉ mới tạo ra một cực âm áp dụng quy trình hoạt động vi rút trên và vật liệu sản xuất đã được thử nghiệm qua 50 chu kì nạp-xả. Theo họ, cần có thêm nhiều nghiên cứu, đặc biệt là trong lĩnh vực điện phân của pin để có thể thương mại hóa pin Lithium-air.

Theo Genk