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3770e4f0bddd537b9cb748d51122ec1a 在Lithium-Air電池中放入M13良性病毒加入催化劑,這種病毒就會「抓取」電解液中的金屬分子,凝結成一個奈米線,當大量的奈米線凝聚在一起後就可以增大了陰極上鋰離子反映的表面積,進而增加了電池的能量密度。

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提起病毒這一名詞,我們一般會聯想到HIV、SARS等負面詞彙;但如果將其特性應用在特定場景,卻能在很大程度上為人類而服務。近日,麻省理工學院(MIT)的一個研究小組在《自然通訊》雜誌上發表了一篇論文指出,他們可以利用一種叫做M13的經過基因改良的良性病毒,來幫助延長電動汽車的續航力,最高可達3倍。在電動汽車動力電池續航水準普遍遭遇瓶頸的今天,這是第一次發現可以利用生化手段來解決問題。

要延長電動汽車的續航力,目前大概就只能從兩點出發:要麼增加電池數量,要麼增加電池容量。第一個選擇毫無疑問會增加汽車的整備品質,因此即便增加了電池,電動機的負載也隨之增大,續航里程不見得會有提升;所以只能訴諸於第二種選擇,也即增加電池的能量密度。目前,市場絕大多數的電動汽車動力電池都是鋰離子電池(比如BMW i3等純電動車),而鎳氫電池則占很小一部分(比如豐田Prius混合動力車款),原因就是鋰離子電池的能量密度要大於鎳氫電池。

MIT研究人員提出的解決方案更加超前,其基本原理是:

在鋰-空氣(Lithium-Air )電池(鋰離子電池的一種)中放入M13良性病毒,然後加入金屬鈀作為催化劑,這種病毒就會「抓取」電解液中的金屬分子,凝結成一個直徑約為80奈米、由氧化錳凝結而成的奈米線(nanowire),其寬度與紅細胞相當。當大量的奈米線凝聚在一起後,就形成了一個由氧化錳為材料的鋰離子電池的陰極,在這裡鋰離子進行還原反應生成過氧化鋰(Li2O2)。那麼這種由病毒製造出的陰極有什麼特點呢?與一般地透過化學反應製造出的氧化錳不同,這種奈米線呈荊刺狀。換句話說,就是增大了陰極上鋰離子反映的表面積,進而增加了電池的能量密度。

這個看起來很簡單的生化電池技術,卻能在很大程度上提升鋰離子電池的能量密度,延長電動汽車的續航力。當前市場上主流的電動汽車續航力都160 km左右,而MIT的研究人員稱,採用了生化技術的鋰-空氣電池能把續航里程延長到550 km。鋰-空氣電池作為動力電池未來的一個重點研究方向,其能量密度已經接近於傳統的汽油。而採用生化電池技術則能進一步提升這一水準。

這裡簡要介紹下所謂的鋰-空氣電池。這是鋰離子電池的一種,其由鋰金屬作為陽極反應物,由空氣中的氧氣作為陰極反應物。與普通的鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池相比,鋰-空氣電池的能量密度要高於前兩者,並且由於陰極使用的是空氣,所以可以進一步減輕電池的體積和重量。鋰-空氣電池是金屬-空氣電池的一種,由於鋰金屬相較納、鈣、鎂、鋅等金屬具備較高的能量密度(3840 mAh/g),所以在金屬-空氣電池的研發中鋰是首選的陽極反應物。

汽油的能量密度為13 kW·h/kg,真正傳導至車輪的能量約為1.7 kW·h/kg;而鋰-空氣電池的理論能量密度為12 kW·h/kg ,即43.2 MJ/kg。根據理論推導,使用鋰-空氣電池時傳導至車輪的能量密度也可達到1.7 kW·h/kg。相較於現在普遍使用的鋰離子電池,鋰-空氣電池的能量密度要高出5-15倍。這就為研發低價位、高續航的大眾化電動汽車提供了理論支援。

其實,第一台汽油發動機與第一台感應電動機都是誕生於19世紀80年代,可謂是同期工業革命的產物。但在之後的一百多年裡,汽車這種代步工具的動力來源卻被以汽油為代表的內燃機所統治,電動汽車一直都是邊緣產品。這裡面最主要的原因,並不是內燃機與電動機的發展水準有所差距,而應歸結於最根本能量來源——電池。因為汽車工業中常有的動力電池的能量密度遠低於燃油,所以電池一直沒有成為與燃油並列的能源,也就是我們常說的電動汽車續航里程不足。

不過近幾年隨著電池技術的不斷提升,以及各種新型電池材料的發現與應用,電動汽車動力電池的性能和製造成本得到了進一步最佳化。目前,電動汽車動力電池主要分為兩類:蓄電池與燃料電池。一般意義上的電動汽車(EV)指的是使用蓄電池的車型,而燃料電池汽車由於其原料是氫氣,所謂被稱之為氫燃料電池汽車(FCEV)。

雖然說Tesla的Model S 85kWh的車型已經可以到達480km的續航水準,但畢竟售價接近9萬美元;而且電池佔用的體積很大,也增加了汽車的整體品質。所以,研發體積小、能量高的動力電池仍然是個重要課題。令人興奮的是,Tesla目前已經在做這件事了。據Tesla提交的一份專利顯示,目前Tesla正在研發一套電池/電池混合動力系統,即一個金屬-空氣電池、一個非金屬-空氣電池。這意味著Tesla也在考慮將金屬-空氣電池應用到旗下車型,以進一步增加其續航能力。據悉這一系統能使電動汽車的續航里程達到640km。

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2.  100000223155220 (發表於 2013年11月20日 02:09)
※ 引述《stranger》的留言:
> 病毒外洩了怎麼辦= =

為什麼不看完文章呢?????????

""他們可以利用一種叫做M13的經過基因改良的良性病毒""
guareian
2人給推

4.  guareian (發表於 2013年11月20日 08:41)
然而,像蛋白質和核酸等生物分子也具有壓電性,M13噬菌體被壓縮時也會產生電能,但是缺少傳統電子元件的毒性。李承旭和同事發現像鉛筆外形的M13噬菌體是一種潛在的完美能量來源,因為這種病毒對人體無害。

google來的 ╮(╯_╰)╭

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