8 april 2006
Een onderzoeksteam van het Massachusetts Institute of Technology is er in geslaagd een manier te bedenken om zeer dunne en krachtige lithium-ion-batterijen te ontwikkelen door gebruik te maken van genetisch gemanipuleerde virussen. Door het ontdekte procedé halen de batterijen drie keer hun normale energieniveau, tenminste afgezet tegen gewicht en omvang van de batterij. De buitenste eiwitlaag van het M13-virus zou door die genetische aanpassing goud en kobalt aantrekken; bij het kristalliseren ontstaan vervolgens hele kleine geleidende draadjes van nauwelijk 6 nanometer doorsnede. De draadjes vormen uiteindelijk de anode van de batterij. Het virus kan miljoenen keren worden gereproduceerd, om op die manier batterijen te vormen zo groot als een rijstkorrel. Het grote voordeel is dat de vormen van de nanodraadjes plaatsvindt onder normale omstandigheden, zodat geen dure apparatuur en speciaal uitgeruste laboratoria nodig zijn.
Het onderzoeksteam bestond uit acht wetenschappers, geleid door de MIT-hoogleraren Angela Belcher , Paula Hammond en Yet-Ming Chang. De resultaten van het onderzoek worden gepubliceerd in het tijdschrift Science Express. Het onderzoeksteam heeft de afgelopen jaren zeer uitgebreide ervaring opgedaan met het verbinden van de biologische en scheikundige wetenschappen. Ars Technica omschrijft het als volgt: 'The basis of her research is the recognition that many biological systems can self-assemble into structures with regular and defined dimensions. (Belcher) combines that knowledge with the known activity of many proteins that bind atoms or small chemical compounds. By using the biological structure as a backbone, and adding in the appropriate binding sites, the biology can serve as a scaffold for assembling collections of metals or ceramics, generating useful materials on the nanoscopic scale of the original biological material'. 'Among other applications, the work could contribute to the development of more useful car batteries, which today are too heavy and weak to compete effectively with petrol', zo zeggen de wetenschappers. In 2003 stichtte Belcher, winnaar van een MacArthur 'genius grant' , het bedrijf Cambrios Technologies, die biologische technologieën commercieel probeert uit te baten. Volgens de website van het bedrijf heeft Cambrios de 'exclusive license rights to Dr. Belcher’s technology'. 'Most of it was done through genetic manipulation — giving an organism that wouldn’t normally make battery electrodes the information to make a battery electrode, and to assemble it into a device', zo stelt Belcher, gespecialiseerd in 'biological engineering'. 'My dream is to have a DNA sequence that codes for the synthesis of materials, and then out of a beaker to pull out a device. And I think this is a big step along that path'. De positieve electrode, zoals die werd vervaardigd vanuit de genetische gemanipuleerde virussen, werd getest met een conventionele negatieve electrode. In Technology Review, wordt het proces als volgt beschreven: 'The virus is made of proteins, most of which coil to form a long, thin cylinder. By adding sequences of nucleotides to the virus’ DNA, the researchers directed these proteins to form with an additional amino acid that binds to cobalt ions. The viruses with these new proteins then coat themselves with cobalt ions in a solution, which eventually leads, after reactions with water, to cobalt oxide, an advanced battery material with much higher storage capacity than the carbon-based materials now used in lithium-ion batteries'. Hoe snel de verdere ontwikkeling gaat en of het onderzoek het ooit verder brengt dan een interessant concept, moet worden afgewacht. Ars Technica heeft twijfels: 'To generate useful currents, the wires of a battery have to be connected, and connecting wires on the scale of 6 nanometers is likely to prove to be quite a challenge. After all, the most advanced chip fabrication facilities are only beginning to experiment with 45 nanometer lithography techniques, and commodity components (which is how batteries are viewed) rarely use leading edge fab technology. It may be possible to generate these nano-wires within a larger-scale wired framework generated by more traditional methods. How well the standard and biological technologies integrate, and whether they do so at an economically sensible price, may prove to be the ultimate test of this technique's utility'. Overigens: het is niet het enige batterij-nieuws wat ons vandaag bereikt. Ook een andere technologie doet van zich spreken. De Japanse krant Nihon Keizai Shimbun meldt dat Casio een brandstofcelaccu ontwikkeld heeft, waarop een notebook twintig uur kan werken. Casio gebruikt polymeer, waardoor de accu negentig procent kleiner uitvalt dan brandstofaccu's van de concurrentie. De nieuwe brandstofcel maakt gebruik van een technologie die waterstof aan methanol onttrekt. Volgens de krant zou Casio nog dit jaar notebooks voorzien van hun nieuwe brandstofaccu.
