MIT 以病毒開發出如細胞般大小的電池

MIT engineers work toward cell-sized batteries
http://www.physorg.com/news138451698.html

August 20, 2008
By Elizabeth Thomson

(PhysOrg.com) -- 忘了 9 伏特、三號（AAs）、四號（AAAs）或一號（D）電池吧！維持電子裝置的明日能源可能來自於微小的微電池（microbatteries），大小約人類細胞的一半，而且以病毒建立而成。

MIT 工程師開發了一種方法，透過將它們壓印（stamping）到各種表面上，就能同時創造與安裝這樣的微電池 -- 那有朝一日能提供電力給一系列小型裝置，從實驗室晶片（labs-on-a-chip）到植入式醫學感應器。

在 8/18 的 PNAS 上，該團隊描述組合並成功地測試這一種電池三種關鍵元件中的二個。一個完整的電池仍繼續開發中。

"就我們所知，這是微接觸印刷（microcontact printing）能用來製造與定位微電池電極的第一個實例，以及第一個在這樣的製程中使用基於病毒的配件（assembly），" MIT 教授 Paula T. Hammond、Angela M. Belcher、 Yet-Ming Chiang 與同僚們寫道。

更進一步地，這種科技本身 "並不涉及任何昂貴的設備，而且能在室溫下運作，" Belcher 說，Germeshausen 材料科學與工程以及生物工程教授。

Hammond 是 Bayer 化工教授與化工系副系主任。Chiang 是材料科學與工程系的製陶教授。這三位教授都附屬於 MIT Energy Initiative，那旨在協助改革全球能源系統以符合未來的需要。Belcher 與 Hammond 亦為 MIT Koch 整合癌症研究所的教職員。

電池由二個相反的電極所組成 -- 陽極與陰極 -- 由某種電解質分離。在目前的研究中，MIT 團隊創造出陽極與電解質。

首先，該團隊使用一種稱為軟微影術（soft lithography）的常見技術在一塊透明的、有彈性的材料上創造出微柱（posts）圖案，其直徑不是 4 就是 8 微米。在這些柱子頂端，他們沈積了數層的二種聚合物，那一起作用成為固態電解質與電池分離器。

接著，那些優先在柱子上的聚合物層自我組裝的病毒，最後形成了陽極。在 2006 年，Hammond、Belcher、Chiang 等人在 Science 上報告如何辦到。明確地說，他們改變了病毒的基因，故它能使蛋白質外層 -- 那會聚集氧化鈷的分子以形成超細導線 -- 在一起，形成陽極。

最終結果：一個微柱圖章，每根柱子都覆蓋著電解質層與氧化鈷陽極。"我們接著翻轉圖章並將電解質與陽極轉移到一個鉑結構上，" 那連同鋰箔，用於測試，Hammond 說。

該團隊在 PNAS 的論文中下結論："所產生的電極陣列展現出完整的電化學功能。"

下一步呢？除了透過病毒組裝技術，開發出一個完整電池的第三部份 -- 負極 -- 之外，該團隊也在探索一種用於曲面的圖章，Belcher 說。"我們對於（電池）與生物有機體整合亦感興趣。"

※ 相關報導：

＊ Stamped microbattery electrodes based on self-assembled M13 viruses
http://www.pnas.org/content/early/2008/08/26/0711620105.abstract

Ki Tae Nam, Ryan Wartena, Pil J. Yoo, Forrest W. Liau,
Yun Jung Lee, Yet-Ming Chiang, Paula T. Hammond, and
Angela M. Belcher
Published online before print August 27, 2008,
doi: 10.1073/pnas.0711620105

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