生物电池——活的新能源

涂　皘

电池——在生活中我们早已司空见惯，干电池、手机里的锂电池、纽扣大小的伏打电池……总的来说，它们带着无机质的冷硬，和生物搭不上关系。但是现在，科学家们盯上了病毒和细胞，试图将生物的特性和能量用到电池上来。不久的将来，电池家族或许会扩充自己的成员表，迎来一些充满活力的新家伙。

病毒与电池的“联姻”

病毒和电池，这两个看似风马牛不相及的东西却在科学家们的手中“联了姻”，病毒电池因此孕育而生。

通常，电池是由一正一负两个极性相反的电极以及电极之间间隔的电解质溶液所组成。就拿常见的纽扣电池（银锌电池）为例，形如圆纽扣的电池一面为正极，填充有氧化银（Ag2O）和少量石墨等活性材料；另一面为负极，填充有锌汞合金作为活性材料；正负极间的电解质为浓氢氧化钾溶液（KOH）。

传统的锂电池多采用碳电极，相对于它们提供的能量而言，碳电极“身材肥硕”。为了给电极瘦身，美国麻省理工学院的研究人员把目光锁定在了一种名叫M13的噬菌体身上。

M13噬菌体“纤细苗条”，是一种体宽仅6纳米的长管状病毒。通过基因工程的改造，研究人员赋予M13噬菌体一项本领——吸附金属离子。当研究人员把它们浸入含有钴离子和金离子的溶液中时，病毒表面便会迅速聚合起一层均匀的金属化合物结晶。于是，M13噬菌体就变成了一根细长的金属“导线”。

受此启发，研究人员将这种“导线”进一步改装。他们把一片聚合体电解质薄膜放入M13噬菌体溶液中，待病毒铺满薄膜表面后，再将其浸入含有钴离子和金离子的溶液中。这样，取出的透明薄膜上便“镀”了一层氧化钴和金——这种高能量密度的薄膜比我们的头发还细40倍，却是制造超轻型薄膜电池的极佳材料。用它制作电池，体积只有米粒大小，但蕴含的电量并没有因为“身材”的关系而打折扣；相反，它所含有的电量是现在普通锂电池的2~3倍。

研究人员兴奋地表示，虽然现在研制成功的只是电池的正极，但是他们会如法炮制电池的负极，以便尽快开发病毒电池。可以预见，这种电池便于安置在任何空间，用途将极为广泛。

细胞也能“发电”

其实，麻省理工学院的专家只是利用改良后M13噬菌体的特性来制造电池，M13噬菌体本身并没有“发电”。可是在动植物细胞里，却有着与生俱来的产能装置：叶绿体和线粒体。动植物正常生命活动所需的能量都是叶绿体和线粒体“发电”的功劳呢！

活细胞是如何“发电”的？从生物学角度看，活细胞是通过“吃糖”或“晒太阳”等方式获得能量的。但从物理学的角度看，所有细胞获得的能量归根结底都是由在原子和分子间极速穿梭往来的电子提供的。这给科学家们一个启示：倘若运用仿生学原理来模拟细胞“发电”的生理过程，其应用前景必将不可估量。

美国亚利桑那州立大学的科学家们就依此原理制造了世界上首个仿生光合能量系统。这个系统模仿生物的光合作用，把光能捕捉住，然后转变成为人们可以使用的能量。无独有偶，美国加州大学柏克莱分校的卡尔文博士发明了人造叶绿体。一般情况下，绿色植物的叶绿体在光合作用过程中制造氢气的效率只有4％，而人造叶绿体把这个数字提高了整整7.5倍，达到了30％！产生的氢气可以为车辆供能、为家庭供电，甚至可以通过电池发电，且不会带来任何污染。

生物电池比传统电池更高效、环保，这些“活”的能源，不仅代表着生命的能量，也预示着人类未来的能源蓝图。