Электродные материалы на основе модифицированных жгутиков архей для литий-ионных аккумуляторов

С помощью метода генно-инженерной модификации жгутиков галофильных архей, разработанного Безносовым С.Н., возможно получение наноматериалов с разнообразными свойствами в зависимости от того, какое вещество способны связывать жгутики после модификации. Так, Безносовым С.Н. на основе модифицированных жгутиков галофильного археона H. salinarum был получен материал анода литий-ионного аккумулятора. Этот материал продемонстрировал повышенную разрядную емкость по сравнению с материалами, используемыми в настоящее время в промышленном производстве.

Категория
Проект, изменивший мир - нанотехнологии и науки о материалах
Автор проекта
Научный руководитель
д.б.н. проф. Федоров О.В.
Научное направление
Бионаноматериалы
Описание

Одним из новых и крайне перспективных направлений в нанотехнологии и электрохимии является создание наноструктурированных гибридных  материалов, в основе которых лежит генетически модифицируемый биополимер, минерализованный активным веществом электрода. Такой метод впервые был предложен американской исследовательницей Бэлчер из Массачусетского технического университета, которая в ходе своих экспериментов на основе генетически модифицированного вируса М13 получила материалы анода и катода литий-ионного аккумулятора. По своей удельной емкости (емкость на единицу массы аккумулятора) данные материалы обеспечили 2-3-х  кратный рост по сравнению с материалами, используемыми на сегодня в промышленном производстве, при этом стоимость собранного из таких материалов аккумулятора должна возрасти не более чем на 50 процентов. Производство таких электродных материалов на основе вируса М13 может начаться в ближайшие несколько лет. В группе надмолекулярных белковых структур Института белка РАН был разработан метод модификации органелл движения архей – жгутиков и создания на их основе электродных материалов литий-ионного аккумулятора. Был создан опытный образец анода литий-ионного аккумулятора путем минерализации модифицированных жгутиков оксидом кобальта, который продемонстрировал повышенную емкость (примерно 500 мАч/г) по сравнению с используемым в промышленном производстве углеродным анодом (примерно 250 мАч/г, при теоретическом пределе в 372 мАч/г). Повышение удельной емкости примерно в 2 раза обеспечивается ростом стоимости не более чем на 50 процентов. 

Практическая значимость

В настоящее время литий-ионные аккумуляторы широко используются в качестве источника энергии для различных электронных устройств. Прежде всего, для сотовых телефонов (45% продаж) и портативных компьютеров (40% продаж). Другим перспективным направлением является рынок аккумуляторов для гибридного транспорта. Для всех этих направлений крайне актуальным является наличие у аккумуляторов высоких технических показателей, в особенности высокой удельной емкости. Поэтому множество технических университетов и исследовательских лабораторий крупных мировых производителей электроники ведут интенсивные разработки по усовершенствованию имеющихся и поиску новых материалов для электродов литий-ионных аккумуляторов. 

Уровень активности
33






Отправить ссылку: