转基因病毒可大幅提升电池性能？它是怎样促进充电和放电时的化学反应？

麻省理工学院(MIT)研究人员发现，转基因病毒可以大大提升电池的性能。据悉，一种名叫M13的转基因病毒能够抓取水中的金属分子，组成稳定的结构。

科学家用M13病毒收集制作电池阴极的极佳材料——氧化锰，制造大约80纳米宽的氧化锰纳米线。和传统化学方法制造的纳米线相比，病毒纳米线表面粗糙不平，表面积显著增大。最后还要加入少量钯等金属元素，提升电极的导电性，促进充电和放电时的化学反应。据了解，在苏格兰吉厄岛，一项斥资二十五万英镑的实验项目即将展开，该项目旨在解决一个非常重要的科技问题：怎样储存风能、潮汐能并且合理使用在农业中。这一项目，还包括建造一种新型的“电池建筑物”，它可能将在未来扮演储存着巨大能量的电池的角色。所有在该岛产出的风能，潮汐能都将被储存进去以备未来使用。

将与政府合作完成这一项目的负责人约翰塞缪尔介绍，在这个“电池建筑物”上储存电能并不简单，普通的标准铅酸电池通常会很快就耗费掉它所储存的电能，目前正在研发的电池将不会出现这种情况，科研组将进行多次试验，以确保达到这一目标。

报道称，塞缪尔还声称，这些电池一旦研发成功投入使用，即使吉厄岛上没有风力来辅助风车转动，这些电池还是可以源源不断地为当地民居提供十二个小时一百千瓦的电力。据《自然》杂志官网周日刊登的消息称，这种新型电池能将所吸收的太阳能的一半转化成电力，这是目前太阳能电池的两倍，因此能降低电力输出所需要的电池数量，除此之外，该电池能降低太阳电池板的成本，大幅度削减安装成本，而安装成本是现在太阳能项目中开销最大的一部分。

该新型电池无需电场就能产出电流，这能削减电池所需材料，同时产出更大电力。但文章同时指出，这项技术仍然在开发阶段，还有一部分技术难题有待于攻克。

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。此项技术一旦发明成功将对国内光伏企业，特别是自主拥有光伏发电站的企业，有较大的推动作用。而中国对于太阳能发电也非常重视。

早在2003年10月，国家发改委、科技部制定出未来5年太阳能资源开发计划，发改委"光明工程"将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用。在今年11月国家能源局下发《关于征求2013、2014年光伏发电建设规模意见的函》，要求在不出现弃光限电的情况下，2014年光伏发电的建设规模提高两成，达到12GW。提起病毒这一名词，我们一般会联想到HIV、SARS等负面词汇；但如果将其特性应用在特定场景，却能在很大程度上服务于人类。比如电池汽车上使用的电池。

要延长电动汽车的续航里程，无非就是从两点出发：要么增加电池数量，要么增加电池容量。第一个选择毫无疑问会增加汽车的整备质量，因此即便增加了电池，电动机的负载也随之增大，续航里程不见得会有提升；所以只能诉诸于第二种选择，也即增加电池的能量密度。

目前，市场绝大多数的电动汽车动力电池都是锂离子电池（比如BMW i3等纯电动车），而镍氢电池则占很小一部分（比如丰田Prius混动车），原因就是锂离子电池的能量密度要大于镍氢电池。

近日，麻省理工学院（MIT）的一个研究小组在《自然通讯》杂志上发表了一篇论文指出，他们可以利用一种叫做M13的经过基因改良的良性病毒，来帮助延长电动汽车的续航里程，最高可达3倍。在电动汽车动力电池续航水平普遍遭遇瓶颈的今天，利用生化手段来解决这一问题实属首次。

在锂-空气电池中放入M13良性病毒，然后加入金属钯作为催化剂，M13就会“抓取”电解液中的金属分子，使氧化锰凝结成直径约为80纳米的纳米线。当大量的纳米线凝聚在一起后，就形成由氧化锰为材料的锂电池的阴极。在这里，锂离子进行还原反应生成过氧化锂。

那么这种由病毒制造出的阴极有什么特点呢？与一般地通过化学反应制造出的氧化锰不同，这种纳米线呈荆刺状。换句话说，就是增大了阴极上锂离子反应的表面积，从而增加了电池的能量密度。

这个看起来很简单的生化电池技术，却能在很大程度上提升锂离子电池的能量密度，延长电动汽车的续航里程。当前市场上主流的电动汽车续航里程都在160公里左右，而MIT的研究人员称，采用了生化技术的锂-空气电池能把续航里程延长到550公里。锂-空气电池作为动力电池未来的一个重点研究方向，其能量密度已经接近于传统的汽油。而采用生化电池技术则能进一步提升这一水准。

这里简要介绍下所谓的锂-空气电池。这是锂离子电池、也是金属-空气电池的一种， 其由锂金属作为阳极反应物，由空气中的氧气作为阴极反应物。

由于锂金属相较钠、钙、镁、锌等金属具有较高的能量密度（3840mAh/g)，所以在金属-空气电池中锂是首选的阳极反应物。又由于阴极使用的是空气，所以较其他锂电池，可以进一步减轻电池的体积和重量。与普通的钴酸锂电池、磷酸铁锂电池相比，锂-空气电池的能量密度要高出5-15倍。这就为研发低价位、高续航的大众化电动汽车提供了理论支持。

其实，第一台汽油机与第一台感应电动机都是诞生于19世纪80年代，可谓是同期工业革命的产物。但在之后的一百多年里，汽车的动力来源却被以汽油机为代表的内燃机所统治，电动汽车一直都是边缘产品。这里面最主要的原因，并不是内燃机与电动机的发展水平有所差距，而应归结于最根本能量来源——电池。因为汽车工业中常有的动力电池的能量密度远低于燃油，所以电池一直没有成为与燃油并列的能源，也就是我们常说的电动汽车续航里程不足。

不过近几年随着电池技术的不断提升，以及各种新型电池材料的发现与应用，电动汽车动力电池的性能和制造成本得到了进一步优化。

虽然说Tesla的Model S 85kWh的车型已经可以到达480公里的续航水平，但毕竟售价接近9万美元；而且电池占用的体积很大，也增加了汽车的整备质量。所以，研发体积小、能量高的动力电池仍然是个重要课题。令人兴奋的是，Tesla目前已经在做这件事了。据Tesla提交的一份专利显示，目前Tesla正在研发一套电池/电池混合动力系统，即一个金属-空气电池、一个非金属-空气电池。这意味着Tesla也在考虑将金属-空气电池应用到旗下车型，以进一步增加其续航里程。据悉这一系统能使电动汽车的续航里程达到640km。