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#爱范儿#未来的电池，可能是用病毒做的


新冠病毒 ， 已经成为目前全世界最大的敌人 。
它让很多人只能「自囚」于家中 ， 社畜们结束了 996 生活， 却迎来了 007 的在家办公 ， 还逼得小学生组队给网课软件打一星 。
它让我们不得不压抑自己的消费欲望 ， 全球电影业因疫情面临 50 亿美元损失 ， 全球航空业的收入则可能减少 1130 亿美元 。
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▲ 图片来自：纽约时报
在这个特殊时期 ， 似乎没有人想和病毒扯上关系 ， 可也有科学家想利用病毒造福人类 。
麻省理工学院的一位生物工程教授安吉拉?贝尔彻（Angela Belcher） ， 已经成功研制出用病毒制造的电池 ， 而她的终极梦想 ， 是能够驾驶由 「病毒电池」驱动的汽车 。
制造病毒电池 病毒电池其实不是最近才出现的技术 ， 早在 2009 年 ， 由安吉拉?贝尔彻带领的科研团队就已经利用一种直径只有 6 纳米的病毒 ， 制造出只有细胞大小的微型电池 。
这项研究还吸引了时任美国总统奥巴马的兴趣 ， 贝尔彻受邀前往白宫为奥巴马展示了这种病毒电池 。 当时奥巴马正计划投入 20 亿美元用于支持新电池技术的开发 ， 而贝尔彻的病毒电池则揭示了电池领域一个新的方向 。
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▲ . 图片来自：wired
到底科学家是怎么用病毒来制造电池的？病毒电池和普通电池又有什么不同？要解答这些问题 ， 首先需要简单了解电池的工作原理 。
一般的锂电池的放电和充电 ， 是内部的锂离子通过电解液在正极和负极之间运动实现的 ， 正极使用的材料一般为磷酸盐 ， 无论是硫酸盐还是锂离子 ， 这种材料也广泛存在地球各种生命体中 ， 因此用生物来制作电池在逻辑上是可行的 。
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不过要制造这种电池 ， 首先就要找到可以充当电极和导线的生物结构 。 一开始贝尔彻打算用采用人造神经纤维 ， 因为动物的神经纤维末梢就是天然的纳米导线 ， 但这种方式的成本和技术难度都太高 ， 最终只能放弃 。
后来贝尔彻在鲍鱼壳身上找到了答案 ， 他们发现鲍鱼可以分泌出一种蛋白质 ， 可从富含矿物质的水中提取碳酸钙分子 ， 并让其在体内定向排列 ， 从而形成鲍鱼壳 。 于是贝尔彻将编码这种蛋白的基因移植到病毒 ， 让病毒拥有生成纳米结构的能力 ， 用来制作电极和导线 。
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▲鲍鱼壳 。 图片来自：Monad Centre of Balance
在自然情况下 ， 鲍鱼要形成一个完整的贝壳需要 15 年 ， 而经过基因编辑 ， 在实验室内病毒生产一个电极只需要两星期 。
研究团队在分析了数百万种病毒后 ， 最后选择了 M13 噬菌体 ， 这是一种形似雪茄的病毒 ， 直径只有 6 纳米 ， 长度 880 纳米 。 这种病毒除了可以将机械能转化为电能 ， 而且遗传物质简单 ， 易于操控 。
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与鲍鱼类似 ， 这种病毒会在表面生成一种蛋白质 ， 吸附氧化钴微粒并覆盖在外壳 ， 当数百万个病毒连接起来 ， 就能形成一条氧化钴线 ， 可以作为电极使用 。
在这个过程中 ， 这些连成一线的病毒都是活的 。 众所周知 ， 病毒需要宿主才能存活 ， 研究人员将病毒感染无害的细菌 ， 来大量复制病毒 。
通过这种方式制造的电池 ， 不仅能提升电池的能量密度、寿命和充电效率 ， 生产过程也更加环保 。 相比于微型电池所用的碳纳米管电极材料 ， 病毒组装而成的电极储能效率提升了两倍 。


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