Идея катода подсказана морской раковиной

Биомолекулу, способную улучшить работу литий-ионных батарей, нашли сотрудники Мэрилендского университета (University of Maryland, Baltimore County, UMBC). С докладом об этом они выступили на завершившейся вчера в Балтиморе (штат Мэриленд) 59-й ежегодной встрече Биофизического общества.

Молекула пептида, о которой шла речь, обладает способностью прочно связываться с оксидом лития марганца никеля (LMNO), используемым в качестве катодного материала высокопроизводительных батарей. Пептид может фиксировать наночастицы LMNO и соединять их с проводящими компонентами электрода батареи, что способствует увеличению ее мощности и стабильности.

Контроль и удержание на одном месте наночастиц из-за их миниатюрных размеров сопряжены с большими трудностями для сегодняшних разработчиков батарей, но им приходится этим заниматься. Наноструктурированные электроды имеют ряд преимуществ перед сплошными материалами, включая уменьшение расстояния, проходимого носителями заряда, и большую площадь поверхности с активными центрами для протекания электрохимических реакций. Все это позволяет делать батареи более легкими и долговечными.

В природе нужные качества демонстрируют морские моллюски, использующие пептиды для управления ростом раковин со сложной наноструктурой. В зависимости от последовательности аминокислот в цепочке пептидной молекулы, она может присоединять к себе многие органические и неорганические материалы. Поэтому главной проблемой в данном исследовании был поиск пептида, работающего именно с LMNO.

Для проверки более миллиарда возможных пептидов они использовали коммерческую «библиотеку пептидов» — вирусный белок, изготовленный бактериофагом M13, и содержащий огромное количество комбинаций аминокислот.

Найденную биомолекулу исследователи скомбинировали с другой, которая связывается с углеродными нанотрубками. Полученный в итоге пептид служит мостиком, соединяющим наночастицы LMNO с проводящими нанотрубками, и удерживающим их вместе на протяжении многих циклов перезарядки. Коллектив UMBC продолжает тестирование характеристик новых катодов. В перспективе планируется применить пептидную технологию также для изготовления анода, а затем интегрировать оба компонента в законченную конструкцию биоаккумулятора.