Onderzoekers maken nanodraadbatterij met een virus als mal

Een virus met een mantel van metaalbindende eiwitten is te gebruiken als mal voor de opbouw van een batterij met een capaciteit die bijna vier keer hoger is dan batterijen die nu in de winkel verkrijgbaar zijn (Sciencexpress, 7 april). Oplaadbare lithium-ion batterijen worden veel gebruikt in laptops en mobiele telefoons. Wetenschappers hebben vastgesteld dat de prestaties van een lithium-ion batterij verbeterd kunnen worden door elektroden te gebruiken met een kristalstructuur die weinig fouten bevat.

Lithium-ion batterijen worden veel gebruikt in mobiele telefoons. Een virus kan helpen om de capaciteit van deze batterijen te verhogen. Foto AP A worker at CollectiveGood (cq) in Tucker, Ga., sorts through old cell phones and cell phone batteries for recycling Wednesday, April 20, 2005. When Earth Day dawned in 1970, optimistic environmentalists said emerging technologies would help reduce the nation's reliance on coal, oil, insecticides and other toxins. But 35 years later, a big part of the problem appears to be technology itself. Tons of computers, monitors, televisions and other electronic gizmos that contain hazardous chemicals, or "e-waste," may be poisoning people and ground water. Activists say the nation's biggest environmental problem may be the smallest devices, and this week they're launching campaigns to increase awareness about recycling cell phones, music players, handheld gaming consoles and other electronics. (AP Photo/John Bazemore) Associated Press

Angela Belcher van het Massachusetts Institute of Technology en haar collega's kwamen erachter dat de bacteriofaag M-13, een virus dat bacteriën infecteert, te gebruiken is als sjabloon voor de opbouw van dergelijke elektroden. De mantel van M-13 is in feite een zeer langgerekte koker, opgebouwd uit 2700 identieke eiwitten die in een spiraalvorm rond het DNA liggen. De MIT-onderzoekers kweekten virussen waarbij aan elk van deze eiwitten een variant van een aminozuur was gekoppeld (tetra-glutamaat) die zich graag bindt aan metaalionen in een oplossing. Vervolgens werden de virussen ondergedompeld in een oplossing van kobaltchloride. Zo vormde zich aan de buitenkant van de virussen een laagje kobaltoxide (Co3O4) dat de regelmatige opbouw van de virusmantel weerspiegelde. Kobaltoxide is een materiaal dat als elektrode wordt gebruikt in lithiumbatterijen met een hoge opslagcapaciteit.

Na verwijdering van de virusmal ontstonden zeer lange, regelmatige draden van kristalvormig kobaltoxide met een diameter van 2 à 3 nanometer. Een nanometer is een miljoenste millimeter. De kobaltoxide werd vervolgens met koolstof verwerkt tot de positieve elektroden van een batterij met een capaciteit van 600 milliampère per uur per gram. Dat is drie keer zo veel als nu wordt gehaald met elektroden van batterijen die nu op de markt verkrijgbaar zijn.

Door het M-13-virus ook te voorzien van manteleiwitten met een affiniteit voor gouddeeltjesslaagden de onderzoekers erin hybride nanodraden (van goud en kobaltoxide) te maken. Toegepast in de elektroden van een lithiumbatterij zorgden deze nanodraden voor een verhoging van de prestaties met 30 procent in vergelijking met de eerder genoemde batterij.

Michiel van Nieuwstadt