본 연구는 M13 박테리오파지라는 생물학적 템플릿 위에 니켈 수산화물(Ni(OH)₂) 나노구조체를 in-situ 성장시켜 섬유 모양의 뛰어난 전기화학적 특성을 가지는 M13-Ni(OH)2 전극을 개발하였다. 개발된 M13-Ni(OH)₂ 전극의 면적당 전기용량(Ca)은 14 mF/cm²로 기존의 Ni(OH)₂ 전극(Ca~18 mF/cm²) 보다 28% 증가된 우수한 특성을 보였다. 이러한 향상된 전기화학적 성능은 표면 거칠기 증가, 충전/방전 사이트 향상 및 전하 전달 저항 감소에 기인하였으며, 또한 기존 Ni(OH)₂ 전극 대비 18% 향상된 cycle 안정성을 보였다. 이 연구는 에너지 저장 분야에서 새로운 금속 산화물 나노구조체의 성장을 제어하기 위한 생체 템플릿의 사용 가능성을 보여주었다.
Pseudocapacitive metal hydroxide nanostructures are promising active electrode materials for supercapacitor applications. Here, we demonstrate the in-situ growth of nickel hydroxide (Ni(OH)₂) nanostructures on filamentous M13 bacteriophage template. The M13-Ni(OH)₂ bio-nanostructure exhibits a fibrous morphology and a preferential growth orientation along the (001) crystal plane. Interestingly, the M13-Ni(OH)₂ electrode demonstrates superior electrochemical properties. The areal capacitance (Ca) of M13-Ni(OH)₂ and Ni(OH)₂ electrodes was 18 mF/cm² and 14 mF/cm², respectively, indicating a 28% increase. The improved electrochemical performance is due to the increased surface roughness, enhanced charge adsorption/desorption sites, and reduced charge transfer resistance. This also contributed to an 18% increase in cyclic stability compared to the Ni(OH)₂ electrode analogue. Overall, this work successfully shows the use of a bio-template to control the growth of novel metal-oxide nanostructures for energy storage applications.