2025年高考物理“病毒”打造高性能電池

　　“病毒”打造高性能電池

　　在生活中，你肯定聽說(shuō)過病毒，也常常見到或使用過這種或那種電池，但是，要讓你把兩者關(guān)聯(lián)起來(lái)，恐怕感到茫然。如果有人告訴你，未來(lái)有種高性能電池中帶有病毒，那么你無(wú)疑會(huì)流露出十分驚訝的表情。是的，帶病毒的電池，這不是科幻，而是有望在未來(lái)面向市場(chǎng)的科研成果。

　　根據(jù)美國(guó)麻省理工學(xué)院發(fā)布的消息，該學(xué)院的研究人員利用基因工程病毒，首次研制成功“病毒”電池。研究小組負(fù)責(zé)人、學(xué)院材料科學(xué)家安吉拉－貝爾徹表示，新的基因工程病毒電池與目前市場(chǎng)上流行的先進(jìn)的用于驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力汽車的充電電池不僅在儲(chǔ)能和動(dòng)力性能上沒有差異，而且它們還可以用來(lái)為眾多的小型便攜式電器提供電能。

　　在傳統(tǒng)的鋰離子電池中，鋰離子通常在由石墨構(gòu)成的負(fù)極和由氧化鈷或鋰鐵磷酸鹽構(gòu)成的正極間流動(dòng)。需要說(shuō)明的是，新的“病毒”電池并不是說(shuō)用基因工程病毒來(lái)產(chǎn)生電能，而是利用它們制作出更理想的電池正極和負(fù)極，從而提高了電池的性能。

　　早在3年前，貝爾徹率領(lǐng)的研究小組就曾發(fā)表文章說(shuō)，他們培育出一種基因工程病毒，該病毒能夠通過將自身鍍涂在氧化鈷和黃金上或自行組成納米導(dǎo)線的方式形成電池陽(yáng)極。

　　貝爾徹表示，在最新完成的研究工作中，研究小組集中精力制作高強(qiáng)度的陰極以便與過去制作出的陽(yáng)極配對(duì)。相比陽(yáng)極而言，陰極制作起來(lái)要困難得多，其原因是陰極必須是快速電極，并具有極高的導(dǎo)電能力�，F(xiàn)實(shí)的情況則是多數(shù)制作陰極的材料卻屬于絕緣體。

　　為獲得高導(dǎo)電能力的陰極，包括學(xué)院材料科學(xué)教授戈?duì)柌继m德－賽德和化學(xué)工程副教授邁克爾?斯遄諾在內(nèi)的研究人員先將基因工程病毒鍍涂到磷酸鐵材料上，然后讓病毒“抓住”碳納米管，從而形成了高導(dǎo)電材料網(wǎng)。

　　研究人員利用的病毒名為噬菌體(bacteriophage)，它是一種常見的能夠感染細(xì)菌但對(duì)人體無(wú)害的病毒，且能夠識(shí)別并附著于某些特定的材料(如本次研究中的碳納米管)上。借助經(jīng)過基因工程處理的噬菌體，人們?cè)诹姿徼F納米導(dǎo)線表面組合成導(dǎo)電的碳納米管網(wǎng)。電子沿著碳納米管網(wǎng)行進(jìn)，滲透到電極，快速傳遞能量。

　　研究小組發(fā)現(xiàn)，加進(jìn)碳納米管后，陰極的重量沒有太大的變化，但導(dǎo)電性卻大幅度提高。在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試中，安裝了新陰極材料的電池在不失去電容量的同時(shí)，其充電和放電速度提高了至少100倍。與目前的鋰離子電池相比，其充電周期要略少些，但是研究人員期望今后新電池的壽命會(huì)更長(zhǎng)。

　　目前，新電池的原型如同人們常見的紐扣電池。不過，由于利用了新的技術(shù)，研究人員有能力制造出重量極輕且韌性好的“病毒”電池，能滿足各種不同電池座對(duì)其形狀的要求。此外，生產(chǎn)含有基因工程病毒的新電池的工藝既經(jīng)濟(jì)又有利于環(huán)境保護(hù)，其原因是“病毒”電池的合成溫度在室溫或室溫以下，同時(shí)又不需使用有害的有機(jī)溶劑，且用于電池的材料沒有毒性。

　　不久前，麻省理工學(xué)院院長(zhǎng)蘇珊?霍克菲爾德攜帶原型電池出現(xiàn)在白宮新聞發(fā)布會(huì)上。在白宮，她和奧巴馬總統(tǒng)就政府資助先進(jìn)的新清潔能源技術(shù)問題進(jìn)行了交談。

　　貝爾徹表示，至今，研究人員向人們展示的是他們能給電池安裝利用了基因工程病毒的納米級(jí)導(dǎo)線。研究小組計(jì)劃利用具有更高電壓和容量的材料(如磷酸錳和磷酸鎳)來(lái)開發(fā)更好的電池。她說(shuō)，一旦下代“病毒”電池成型，他們將利用新技術(shù)對(duì)新電池進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。

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