把病毒“圈养”在锂电池里，牛了！
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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AngelaM.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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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！
NoNoNo ， 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 。
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