Pela primeira vez, os pesquisadores do MIT mostraram que podem manipular geneticamente vírus para construir as extremidades com carga positiva e negativa de uma bateria de íons de lítio.
As novas baterias produzidas por vírus têm a mesma capacidade de energia e desempenho do que as baterias recarregáveis de última geração sendo consideradas para ligar carros híbridos plug-in, e também podem ser usadas para alimentar uma série de dispositivos eletrônicos pessoais, disse Angela Belcher, cientista de materiais do MIT que liderou a equipe de pesquisa.
As novas baterias, descreveu no 02 de abril edição online da revista Science, podem ser fabricados com um processo barato e ambientalmente benigna: a síntese se realiza na e abaixo da temperatura ambiente e não requer solventes orgânicos prejudiciais à saúde, e os materiais que vão para a bateria estão não tóxico.
Numa tradicional bateria de iões de lítio, os iões de lítio fluem entre um ânodo carregado negativamente, geralmente grafite, e o cátodo carregado positivamente, normalmente óxido de cobalto ou fosfato de ferro lítio. Três anos atrás, uma equipe do MIT liderada por Belcher relatou que havia projetado vírus capazes de construir um ânodo revestindo-se com óxido de cobalto e ouro e se auto-montando para formar nanofios.
Nos últimos trabalhos, a equipe se concentrou na construção de um cátodo altamente poderoso para combinar com o ânodo, disse Belcher, o professor de Ciência e Engenharia de Materiais e Engenharia Biológica da Germeshausen. Os cátodos são mais difíceis de construir do que ânodos, porque eles devem ser altamente condutores para serem um eletrodo rápido, no entanto, a maioria dos materiais candidatos para cátodos são altamente isolantes (não condutores).
Para conseguir isso, os pesquisadores, trata incluindo MIT Professor Gerbrand Ceder de ciência dos materiais e Associate Professor Michael Strano de engenharia química, engenharia genética vírus que primeira demão-se com fosfato de ferro, em seguida, um porão garra de nanotubos de carbono para criar uma rede de material altamente condutor.
Uma vez que os vírus e se ligam especificamente a reconhecer certos materiais (nanotubos de carbono, neste caso), cada um nanofio fosfato de ferro pode ser electricamente "ligada" para a realização de redes de nanotubos de carbono. Os elétrons podem viajar ao longo das redes de nanotubos de carbono, percolando os eletrodos até o fosfato de ferro e transferindo energia em um tempo muito curto.
Os vírus são um bacteriófago comum, que infecta as bactérias, mas são inofensivos aos seres humanos.
A equipe descobriu que a incorporação de nanotubos de carbono aumenta a condutividade do catodo sem adicionar muito peso à bateria. Em testes de laboratório, as baterias com o novo material catódico poderiam ser carregadas e descarregadas pelo menos 100 vezes sem perder a capacitância. Isso é menos ciclos de carga do que as baterias de íon de lítio atualmente disponíveis, mas "esperamos que eles possam ir por muito mais tempo", disse Belcher.
O protótipo é empacotado como uma bateria típica de célula tipo moeda, mas a tecnologia permite a montagem de baterias muito leves, flexíveis e conformáveis que podem tomar a forma de seu contêiner.
Na semana passada, a presidente do MIT, Susan Hockfield, levou o protótipo da bateria para a coletiva de imprensa na Casa Branca, onde ela e o presidente dos Estados Unidos, Barack Obama, falaram sobre a necessidade de financiamento federal para promover novas tecnologias de energia limpa.
Agora que os pesquisadores demonstraram que eles não podem usar as baterias em nanoescala, eles pretendem buscar baterias ainda melhores usando materiais com maior voltagem e capacitância, como fosfato de manganês e fosfato de níquel, disse Belcher. Quando a próxima geração estiver pronta, a tecnologia poderá entrar em produção comercial, disse ela.
Os principais autores do artigo da Science são Yun Jung Lee e Hyunjung Yi, estudantes de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais. Outros autores são Woo-Jae Kim, pós-doutorando em engenharia química; Kisuk Kang, recente pesquisador do MIT PhD em ciência e engenharia de materiais; e Dong Soo Yun, engenheiro de pesquisa em ciência e engenharia de materiais.
A pesquisa foi financiada pelo Instituto do Escritório de Pesquisa do Exército do Instituto de Tecnologias Colaborativas e pela Fundação Nacional de Ciências através do programa Centros de Ciência e Engenharia de Pesquisa de Materiais.
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