http://web.mit.edu/newsoffice/2006/virus-battery.html
(Traduction automatique)
Article en VO :Les chercheurs construisent les batteries minuscules avec des virus
7 avril 2006
Les scientifiques de MIT ont armé les talents de construction des virus minuscules pour établir d'ultra-petites structures de « nanowire » pour l'usage dans des batteries très minces de lithium-ion.
En manoeuvrant quelques gènes à l'intérieur de ces virus, l'équipe pouvait cajoler les organizations pour se développer et individu-assembler dans un dispositif électronique fonctionnel.
Le but du travail, mené par professeurs de MIT Angela Belcher, Paula Hammond et Yet-Ming Chiang, est de créer les batteries qui fourrent autant énergie électrique dans aussi petit ou le poids léger un paquet comme possible. Les batteries qu'elles espèrent construire pourraient s'étendre de la taille d'un grain de riz jusqu'à la taille des batteries existantes de prothèse auditive.
Les batteries se composent de deux électrodes opposées -- une anode et une cathode -- séparé par un électrolyte. Dans le travail courant, l'équipe de MIT a employé un assemblage complexe pour créer l'anode.
Spécifiquement, ils ont manoeuvré les gènes dans une contrainte de laboratoire d'un virus commun, faisant les microbes rassemblent les matériaux exotiques -- oxyde et or de cobalt. Et parce que ces virus sont négativement chargés, ils peuvent être posés entre les polymères à l'opposé chargés pour former les feuilles minces et flexibles.
Le résultat ? Un film dense et virus-chargé qui sert d'anode.
Un rapport sur le travail apparaîtra dans la question du 7 avril de la Science.
Belcher, professeur de Germeshausen de science des matériaux et technologie et technologie biologique ; Chiang, professeur de Kyocera de la science des matériaux et de la technologie (MSE) ; et Hammond, professeur de la marque A. Hyman du génie chimique (ChE), a mené une équipe de cinq chercheurs additionnels.
Ils sont les étudiants gradués Ki Tae Nam (l'auteur de MSE de fil), l'associé post-doctoral Pil de Coup-WAN Kim, de Chung-Yi Chiang et de Nonglak Meethong, et de ChE. J. Yoo.
Dans leur recherche, l'équipe de MIT a changé les gènes du virus ainsi ils font les manteaux de protéine qui rassemblent des molécules d'oxyde de cobalt, plus l'or. Les virus s'alignent alors sur la surface de polymère pour former les fils ultra-minces. Chaque virus, et ainsi le fil, est seulement 6 nanomètres (6 milliardièmes d'un mètre) de diamètre, et de 880 nanomètres de longueur.
« Nous pouvons le faire en plus grands diamètres, » Belcher dit, « mais il est chacun des 880 nanomètres de longueur, » qui des matchs la longueur des différentes particules de virus. Et, « une fois que nous avons changé les gènes du virus pour accroître le matériel d'électrode, nous pouvons facilement copier des millions de copies identiques du virus à l'utilisation pour assembler nos batteries.
« Pour l'oxyde de métal que nous avons choisi l'oxyde de cobalt parce qu'il a la capacité spécifique très bonne, qui produira des batteries avec la densité d'énergie élevée, » le signifiant peut stocker deux ou trois fois plus d'énergie pour sa taille et poids comparés aux matériaux précédemment utilisés d'électrode de batterie. Et ajouter l'or a plus loin augmenté la densité de l'énergie des fils, elle s'est ajouté.
Également important, les réactions requises pour créer des nanowires se produisent aux températures ambiantes normales et les pressions, tellement là n'est aucun besoin de technologie pression-à cuire chère d'obtenir le travail fait.
Le travail est important, aussi, parce que la densité d'énergie est une qualité essentielle dans des batteries. Un manque de densité d'énergie -- signifiant la quantité de charge une batterie d'une taille donnée peut utilement porter -- est ce qui a entravé le développement des voitures électriques, puisque les batteries existantes sont généralement trop lourdes et trop faibles pour concurrencer l'essence comme source d'énergie. Toujours, la technologie de batterie graduellement est améliorée et peut un jour même devenir concurrentielle pendant que le prix d'huile escalade.
« Les matériaux de nanoscale nous avons fait l'approvisionnement deux à trois fois l'énergie électrique pour la leur masse ou volume, comparée aux matériaux précédents, » l'équipe rapportée.
Le travail des chercheurs a été stimulé par « l'évidence croissante que « nanostructured des » matériaux peut améliorer les propriétés électrochimiques des batteries de lithium-ion, » comparé à des batteries plus conventionnelles basées sur des technologies plus anciennes, l'équipe a écrit dans la Science.
Mais pour créer de nouveaux matériaux de batterie, Belcher remarquable, commande spéciale est nécessaire tellement juste les bonnes quantités de l'extrémité exotique de matériaux vers le haut exactement où ils appartiennent. L'oxyde de cobalt « a montré d'excellentes propriétés de cycle électrochimiques, et est ainsi à l'étude comme électrode pour les batteries avançées de lithium-ion. »
Dans la première recherche, Belcher et collègues ont appris qu'ils pourraient exploiter les capacités des microbes d'identifier les molécules correctes et de les assembler où ils appartiennent.
Les nouveaux moyens d'induire cet ordre vient du l'individu-ensemble, un outil qui est utilisé généralement maintenant dans le laboratoire de Hammond. « En armant la nature électrostatique de l'assemblage avec les propriétés fonctionnelles du virus, nous pouvons créer les couches minces composées fortement commandées combinant la fonction des systèmes de virus et de polymère, » Hammond dit.
Ce travail a été placé par l'institut d'Office de recherches d'armée de Biotechnologies de collaboration, l'institut du soldat Nanotechnologies et le David et la base de Lucille Packard.
Researchers build tiny batteries with viruses
April 7, 2006
MIT scientists have harnessed the construction talents of tiny viruses to build ultra-small "nanowire" structures for use in very thin lithium-ion batteries.
By manipulating a few genes inside these viruses, the team was able to coax the organisms to grow and self-assemble into a functional electronic device.
The goal of the work, led by MIT Professors Angela Belcher, Paula Hammond and Yet-Ming Chiang, is to create batteries that cram as much electrical energy into as small or lightweight a package as possible. The batteries they hope to build could range from the size of a grain of rice up to the size of existing hearing aid batteries.
Batteries consist of two opposite electrodes -- an anode and cathode -- separated by an electrolyte. In the current work, the MIT team used an intricate assembly process to create the anode.
Specifically, they manipulated the genes in a laboratory strain of a common virus, making the microbes collect exotic materials -- cobalt oxide and gold. And because these viruses are negatively charged, they can be layered between oppositely charged polymers to form thin, flexible sheets.
The result? A dense, virus-loaded film that serves as an anode.
A report on the work will appear in the April 7 issue of Science.
Belcher, the Germeshausen Professor of Materials Science and Engineering and Biological Engineering; Chiang, the Kyocera Professor of Materials Science and Engineering (MSE); and Hammond, the Mark A. Hyman Professor of Chemical Engineering (ChE), led a team of five additional researchers.
They are MSE graduate students Ki Tae Nam (the lead author), Dong-Wan Kim, Chung-Yi Chiang and Nonglak Meethong, and ChE postdoctoral associate Pil. J. Yoo.
In their research, the MIT team altered the virus's genes so they make protein coats that collect molecules of cobalt oxide, plus gold. The viruses then align themselves on the polymer surface to form ultrathin wires. Each virus, and thus the wire, is only 6 nanometers (6 billionths of a meter) in diameter, and 880 nanometers in length.
"We can make them in larger diameters," Belcher said, "but they are all 880 nanometers in length," which matches the length of the individual virus particles. And, "once we've altered the genes of the virus to grow the electrode material, we can easily clone millions of identical copies of the virus to use in assembling our batteries.
"For the metal oxide we chose cobalt oxide because it has very good specific capacity, which will produce batteries with high energy density," meaning it can store two or three times more energy for its size and weight compared to previously used battery electrode materials. And adding the gold further increased the wires' energy density, she added.
Equally important, the reactions needed to create nanowires occur at normal room temperatures and pressures, so there is no need for expensive pressure-cooking technology to get the job done.
The work is important, too, because energy density is a vital quality in batteries. A lack of energy density -- meaning the amount of charge a battery of a given size can usefully carry -- is what has hampered development of electric cars, since existing batteries are generally too heavy and too weak to compete with gasoline as an energy source. Still, battery technology is gradually being improved and may someday even become competitive as the price of oil escalates.
"The nanoscale materials we've made supply two to three times the electrical energy for their mass or volume, compared to previous materials," the team reported.
The researchers' work was spurred by "growing evidence that 'nanostructured' materials can improve the electrochemical properties of lithium-ion batteries," compared to more conventional batteries based on older technologies, the team wrote in Science.
But to create new battery materials, Belcher noted, special control is needed so just the right amounts of the exotic materials end up exactly where they belong. Cobalt oxide "has shown excellent electrochemical cycling properties, and is thus under consideration as an electrode for advanced lithium-ion batteries."
In earlier research, Belcher and colleagues learned they could exploit the abilities of microbes to recognize the correct molecules and assemble them where they belong.
A new means of inducing this order comes from self-assembly, a tool that is commonly used now in Hammond's lab. "By harnessing the electrostatic nature of the assembly process with the functional properties of the virus, we can create highly ordered composite thin films combining the function of the virus and polymer systems," Hammond said.
This work was funded by the Army Research Office Institute of Collaborative Biotechnologies, the Institute of Soldier Nanotechnologies and the David and Lucille Packard Foundation.
des batteries contagieuses!!!)