Viren bauen Nanoelektroden für Akkus

Erster Prototyp speichert Strom so gut wie handelsübliche Lithiumionen-Akkus - Weitere Steigerungen möglich

Viren-Akku
Viren-Akku

Cambridge (USA) - Für eine neue Klasse von Lithiumionen-Akkus lassen sich amerikanische Forscher von winzigen Viren helfen. Mit den genveränderten Mikroorganismen gelang nun der Aufbau sowohl von Anoden als auch Kathoden. Der Vorteil: Ohne großen technischen Aufwand bilden die genveränderten Viren selbstständig filigrane Netzwerke im Nanomaßstab, die potenziell leistungsfähiger sind als gröber strukturierte Elektroden. In der Zeitschrift "Science" präsentieren die Wissenschaftler einen ersten Prototyp, der es bereits jetzt mit der Ladungskapazität von handelsüblichen Lithiumionen-Akkus aufnehmen kann.

"Wenn man die Dimensionen in Lithiumionen-Akkus mit nanostrukturierten Elektroden schrumpft, lässt sich der Transfer von Ionen und Elektronen verbessern", schreiben Angela M. Belcher vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und ihre koreanischen Kollegen vom Korea Advanced Institute of Science and Technology. Da die Natur immer noch die besten Baumeister für Nanostrukturen bietet, griffen die Forscher zu so genannten M13-Bakteriophagen. Sie veränderten das Erbgut dieser für den Menschen harmlosen Viren derart, dass sie selbstständig eine Hülle aus Lithiumeisenphosphat aufbauten. Darauf dockten sich die Mikroorganismen an winzige, leitfähige Nanoröhrchen aus Kohlenstoff an. Das Ergebnis: eine nanostrukturierte Kathode, die in einem Lithiumionen-Akku den Pluspol bildet.

Bereits vor drei Jahren gelang der gleichen Arbeitsgruppe der Aufbau einer negativ geladenen Anode mit Unterstützung von genverändeten Viren. Beide biologisch produzierten Elektroden setzten sie nun zu einem ersten Viren-Akku von der Größe einer Münze zusammen. Dieser konnte gleiche Strommengen speichern wie handelsübliche Lithiumionen-Akkus. Auch nach 100 Ladezyklen sank die Kapazität des Viren-Akkus nicht ab. Eine längere Lebensdauer, die für eine technische Anwendungen nötig wäre, halten die Forscher mit einer Optimierung des Produktionsprozesses für möglich.

Obwohl für die Herstellung solcher Viren-Akkus keine giftigen Chemikalien oder aufwändige Strukturierungsverfahren nötig sind, sind sie noch längst nicht reif für den Markt. Zuvor muss die Haltbarkeit dieser Stromspeicher verlängert und der Produktionsprozess vom Labormaßstab auf eine Serienproduktion angepasst werden. Aber durch die elegante Kombination aus beschichteten Viren und leitfähigen Nanoröhrchen könnten auch bisher nicht genutzte Elektrodenwerkstoffe wie Mangan- oder Nickelphosphat getestet werden. Mit diesen ließe sich die Ladakapazität der Lithiumionen-Akkus weiter steigern.