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来自: 蝌蚪五线谱
在我们人类社会的发展进程中，从农作物、水果等植物到牛羊鸡鸭等动物，无一不被我们成功驯化。
你有没有想过，即使是现在令我们闻之生畏的病毒，有朝一日也有可能为我们打工？
美国科学家Angela M. Belcher就开发出了这样一项新技术，可以把病毒“圈养”在锂电池里，让它们为我们打工， 持续制造电源 。
究竟是怎么回事呢？这要从锂电池的发展瓶颈说起。
01.
手机总是没电，黑科技在哪里？
一个简单的锂电池主要包括正负电极 （正极一般为含锂化合物，负极一般为碳材料） 和连接两者的电解液。
充电时，正极上的锂离子通过电解液移动到负极；而放电时，锂离子从负极返回正极。在正负极之间运动的锂离子数量越多，就说明锂电池的容量越大。
锂离子运动的过程，图片来源搜狐
近年来，各类新型技术都实现了非常迅猛的高速发展，例如5G通信、虚拟现实、区块链等。但与之相反，锂电池的发展可以说是非常缓慢。
无论是常用的手机还是最近火热的新能源电动车，即使配备了大量技术领先的黑科技 （例如各个手机厂商大力发展的急速充电技术） ，却总是 无法摆脱需要经常充电的窘境 。
你的手机一天充几次电？图片来源搜狐
面对锂电池技术发展停滞不前的现状，科学家们提出了许多改进的方案，其中一种方案就是将电极材料组成部分的尺度缩小到纳米级。
科学家研究发现，由纳米结构组成的电极活性高，离子扩散传输的路径也很短。 利用纳米电极材料，就可以显著提高电池的电子离子传输动力学性 能，从而设计出高容量、循环稳定的锂电池。
纳米电极材料，图源：参考文献[1]
但是，纳米电极同样也有自身的局限性，那就是成本较高，堆积密度较低，因此目前实验室制备出的纳米电极仍然无法广泛商用。
02.
病毒自组装技术大显身手
既然人工制造纳米结构成本很高，那何不利用病毒来制造纳米结构？ 毕竟大多种类病毒的尺度处于纳米级别，本身就是天然的电极结构骨架。
自然界生物的典型尺寸，图源：kctech.com
从这个思路出发，Belcher的研究团队从数百万种病毒中进行筛选和测试，最后发现M13噬菌体最符合要求，并进行了相应的转基因改造。
转基因改造后的M13噬菌体，图源：参考文献[3]
转基因M13噬菌体的直径只有6纳米，长度只有880纳米，可以在其表面生成一种能够吸附氧化钴微颗粒的蛋白质。
这样一来，数百万个全身包裹着氧化钴颗粒的转基因M13噬菌体排列在一起，就能构建出一个宏观尺度上的电极。
基于病毒自组装技术的三维电极结构，图片来源参考文献[2]
此外，这种病毒自组装技术中用到的病毒以及寄主细菌 对人体无害 ；电池报废后，电池内部的材料可以在自然界中完全降解，不会像现有锂电池那样有重金属污染的危害。
03.
与生物燃料电池有何不同？
有的同学可能会说，这有什么稀奇的，不就是生物燃料电池嘛！
No No No，这种病毒生物电池和生物燃料电池还真不是一回事。
生物燃料电池是一种生物电化学系统。基本原理是利用具有电化学活性的酶或微生物，使其在乙醇、葡萄糖等燃料中进行电化学反应来实现电子的运输。
生物燃料电池的原理，图片来源蝌蚪五线谱
而病毒生物电池在本质上仍然是 锂电池系统 ，其发电来源仍然是锂离子在正负极之间的运动。只不过，由病毒制造而成的纳米电极可以大大提高锂离子的运动效率。
04.
未来的世界：与病毒共舞
自然界中的病毒体积小、复制性强，遗传物质简单，一直以来带给我们的只有疾病与悲痛。但谁能想到，正是因为这些特点，病毒却又可以成为制造高效电池材料的利器。
说不定在不远的将来，我们很快就可以用到装备有病毒电池的手机了。这种与病毒共舞的感觉，是不是很酷？
参考文献
[1] Liu J, Wang J, Kim J, et al. High Full‐Electrode Basis Capacity Template‐Free 3D Nanocomposite Secondary Battery Anodes[J]. Small, 2015, 11(47): 6265-6271.
[2] Nam K T, Wartena R, Yoo P J, et al. Stamped microbattery electrodes based on self-assembled M13 viruses[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008, 105(45): 17227-17231.
[3] Nam K T, Peelle B R, Lee S W, et al. Genetically driven assembly of nanorings based on the M13 virus[J]. Nano letters, 2004, 4(1): 23-27.
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