活的新能源

涂皘

電池——在生活中我們早已司空見慣，干電池、手機里的鋰電池、紐扣大小的伏打電池……總的來說，它們都帶著無機質的冷硬，和生物搭不上關系。但是現在，科學家們盯上了病毒和細胞，試圖將生物的特性和能量用到電池上來。不久的將來，電池家族或許會擴充自己的成員表，迎來一些充滿活力的新家伙。

病毒與電池的“聯姻”

病毒和電池，這兩個看似風馬牛不相及的東西卻在科學家們的手中“聯了姻”，病毒電池因此孕育而生。

通常，電池是由一正一負兩個極性相反的電極以及電極之間間隔的電解質溶液所組成。就拿常見的紐扣電池（銀鋅電池）為例，形如圓紐扣的電池一面為正極，填充有氧化銀（Ag2O）和少量石墨等活性材料；另一面為負極，填充有鋅汞合金作為活性材料；正負極間的電解質為濃氫氧化鉀溶液（KOH）。

傳統的鋰電池多采用碳電極，相對于它們提供的能量而言，碳電極“身材肥碩”。為了給電極瘦身，美國麻省理工學院的研究人員把目光鎖定在了一種名叫M13的噬菌體身上。

M13噬菌體“纖細苗條”，是一種體寬僅6納米的長管狀病毒。通過基因工程的改造，研究人員賦予M13噬菌體一項本領——吸附金屬離子。當研究人員把它們浸入含有鈷離子和金離子的溶液中時，病毒表面便會迅速聚合起一層均勻的金屬化合物結晶。于是，M13噬菌體就變成了一根細長的金屬“導線”。

受此啟發，研究人員將這種“導線”進一步改裝。他們把一片聚合體電解質薄膜放入M13噬菌體溶液中，待病毒鋪滿薄膜表面后，再將其浸入含有鈷離子和金離子的溶液中。這樣，取出的透明薄膜上便“鍍”了一層氧化鈷和金——這種高能量密度的薄膜比我們的頭發還細40倍，卻是制造超輕型薄膜電池的極佳材料。用它制作電池，體積只有米粒大小，但蘊含的電量并沒有因為“身材”的關系而打折扣；相反，它所含有的電量是現在普通鋰電池的2～3倍。

研究人員興奮地表示，雖然現在研制成功的只是電池的正極，但是他們會如法炮制電池的負極，以便盡快開發病毒電池。可以預見，這種電池便于安置在任何空間，用途將極為廣泛。

細胞也能“發電”

其實，麻省理工學院的專家只是利用改良后M13噬菌體的特性來制造電池，M13噬菌體本身并沒有“發電”。可是在動植物細胞里，卻有著與生俱來的產能裝置：葉綠體和線粒體。動植物正常生命活動所需的能量都是葉綠體和線粒體“發電”的功勞呢！

活細胞是如何“發電”的？從生物學角度看，活細胞是通過“吃糖”或“曬太陽”等方式獲得能量的。但從物理學的角度看，所有細胞獲得的能量歸根結底都是由在原子和分子間極速穿梭往來的電子提供的。這給科學家們一個啟示：倘若運用仿生學原理來模擬細胞“發電”的生理過程，其應用前景必將不可估量。

美國亞利桑那州立大學的科學家們就依此原理制造了世界上首個仿生光合能量系統。這個系統模仿生物的光合作用，把光能捕捉住，然后轉變成為人們可以使用的能量。無獨有偶，美國加州大學柏克萊分校的卡爾文博士發明了人造葉綠體。一般情況下，綠色植物的葉綠體在光合作用過程中制造氫氣的效率只有4%，而人造葉綠體把這個數字提高了整整7.5倍，達到了30%！產生的氫氣可以為車輛供能、為家庭供電，甚至可以通過電池發電，且不會帶來任何污染。

生物電池比傳統電池更高效、環保，這些“活”的能源，不僅代表著生命的能量，也預示著人類未來的能源藍圖。endprint