概述
病毒電池病毒電池包括陰極、陽極和電解液三個部分。麻省理工學院工程師已完成了陽極和電解液的設計。研究人員用一種超薄的聚合物材料作為病毒電池的外殼，在薄膜上建立電池的接頭，其直徑僅有4～8微米。在電池接頭的頂部，研究小組堆積固定電解液的聚合層。接下來，將病毒組裝在在電池接頭上，最終形成電池的陽極。比起微型電池用的碳納米管電極材料來說，病毒電極的儲能效果提高了2倍。一個病毒電池包括若干個電極組成的電極陣列，這樣可以提高電池的輸出電流。
背景
病毒電池人們希望各種電器越來越小，甚至有人希望開發一種可以直接貼到耳壁上的小型音樂播放機。要把這些電器造得特別微小，一個重要的前提是讓提供電源的電池變小。美國麻省理工學院的研究人員開始利用只有直徑只有6納米的病毒來製造電池，他們用這種病毒製造的微型電池的尺寸只有幾十微米，只相當於一個細胞的大小。
要生產微型電池，就需要納米電極和導線，而用金屬絲來製造這些元件要求高溫高壓的極端環境，成本大，設備要求高。負責這項研究的麻省理工學院的貝爾徹教授決定向自然界學習，希望製造一種仿生材料。她最先想到的是神經纖維，動物的神經纖維末梢就是一種天然的納米導線，它們可以傳遞神經電信號。由於人造神經纖維的生產成本十分高，難度特別大，他們放棄了這一計畫。
後來，研究人員從鮑魚貝殼的形成過程得到了啟示。他們發現鮑魚分泌的一種蛋白質可迫使碳酸鈣分子定向排列，逐漸形成鮑魚堅硬的貝殼。貝爾徹等人提取了製造這種特殊蛋白質的鮑魚基因，把它通過基因技術移植到病毒中。在特殊蛋白質的控制下，這些病毒可以自動地首尾相連，形成一種納米級別的生物導線，可以用來製造電池的電極和導線。這種技術有個專門的科學術語，叫做“自組裝技術”。
更為可喜的是，病毒的這種生物自組裝過程不需要高溫高壓，也不需要特別昂貴的設備，只要培養液合適，它們在常溫下就可以完成組裝。在自然界的環境中，鮑魚要形成一個完整的貝殼需要15年。而在實驗室條件下，這些病毒組裝一個電極只需要兩星期。病毒電池的主要材料是一般電子元件所採用的材料，採用病毒作為電極和導線後，電池一下子就變得很小了，而且這種電池具有透明、柔軟和可摺疊的優點。
製作方法
病毒電池——製作首先將長條狀的M13病毒進行基因編程，使其表面可以生長出作為電極的無定形磷酸鐵。無定形磷酸鐵一般來說並非良好的導體，但它在納米尺度下則成為一種有用的電池材料。這些病毒的末端被設計成與碳納米管連線，從而形成一種可在電池內增進導電性能的網路結構。
科學家們利用顯微鏡對數以百萬計的病毒DNA進行掃描後，選定了M13病毒。這種病毒長度為880納米，是一種非常簡單且容易操控的病毒，對人體無害。
研究小組首先利用遺傳工程使M13病毒的外殼吸附上三氧化二鈷和金，隨後將其裝配入薄膜中，從而製成一個正極。
接下來便是解決負極的問題，這是一項更具有挑戰性的工作，因此它需要很高的傳導性。研究小組利用工程學的方法在M13病毒上積聚了磷酸鐵離子，並將其與一個由碳納米管制成的高傳導性網路連線在一起。電子可以迅速地在這一系統中傳遞，進而增加負極的容量。實際上，Belcher研製的電池與商業套用的鋰電池具有相同的性能，同時至少能夠充電和放電100次。研究小組在4月2日的美國《科學》雜誌網路版上報告了這一研究成果。
這一基於病毒的技術將成為生產電池的第一種生物學手段。Belcher強調，除了碳納米管之外的所有系統都是在室溫下製成的，並且只將水作為一種溶劑。最後，當這種電池報廢和降解後，它不會留下任何有毒的化學物質。Belcher表示：“這絕對是一種非常清潔的方法。”
無論是在組裝過程還是在電池的使用過程中，這些連成一線的病毒都是活的。貝爾徹和她的小組用顯微鏡掃描了數以百萬計的病毒DNA，從而為這一工作篩選出最好的候選病毒。他們最終選擇的病毒是長條狀的M13病毒，其直徑僅6納米，長為880納米，它是一種非常簡單而且容易被操縱的病毒。他們正通過無害的微生物細胞來複製M13病毒，然後再把它們組裝到高分子材料上。
特點
病毒電池——特點病毒電池研製成功 比傳統電池更安全
研究人員發現，這種與碳納米管“綁定”的轉基因病毒可以使磷酸鐵電極的充放電率與最尖端的結晶狀磷酸鋰鐵電極相媲美。這種“病毒電池”可以充放電至少100次而不損失電容，儘管與磷酸鋰鐵電池仍有差距，但後者價格昂貴而且有毒，而“病毒電池”的優點顯而易見：可以在室溫或室溫以下製備，不需要有害的有機溶劑，電池內部的物質也無毒。
傳統的鋰離子電池採用的是碳電極。相對於它們提供的能量來說，電極的體積太大了。為了給電極瘦身，研究人員把目光轉向了自我組裝的模範――病毒身上。美國麻省理工學院的一個研究小組，對一種叫做M13的長管狀病毒進行加工，插入含有鈷原子和金原子的蛋白質中。研究人員將一片聚合體電解薄膜放入含有病毒的溶液中，再放入含有金屬原子的溶液中，產生出一個透明的薄片，上面鍍了一層氧化鈷和金的薄膜。結果，這種材料儲存的能量，大約是原來碳材料正電極能量的3倍。接下來，他們的目標是再製造出一個負電極，最終完成一隻自我組裝的電池。
前景
病毒電池——套用研究人員表示，微型病毒電池的確可以為手機和MP3供電，但是近期內還顯得有些珍貴的病毒電池將主要用於治療疾病和製造精密儀器，比如，一些患者需要在體內植入一些醫療器械（起搏器、血管機器人等），這些器械就可以用病毒電池來供電。或許有人擔心病毒電池破裂了怎么辦，那些病毒會不會危害人體的健康？病毒電池的密閉性和穩定性都很好，通常不會出現破裂的情況。即使病毒電池在意外情況下破裂，那些“泄漏”的病毒也不會危害人體，因為它們已經進行過無害化基因改造。
利用病毒研製電池是一個良好的開端，今後研究人員還將利用病毒上不同位置的蛋白質的特性，研製能滿足有不同要求的電子元器件，如有機電晶體。此外，同樣的病毒組裝技術還可以用於研製更加有效的生化反應催化劑。研究人員還希望這種病毒組裝技術製造太陽能電池、塗料、紡織品等產品需要的納米材料。
最新成果
2010年9月，有報導稱來自美國麻省理工學院的一組研究人員以及來自馬里蘭州大學的另一組研究人員利用兩種不同的病毒研製出鋰電池的陰極和陽極。隨著這些研究成果浮出水面，病毒製成的電池不久之後便可為人們的手機供電或者噴在衣服上，成為一種可以穿在身上的電源。
如果馬里蘭州大學的研究取得成功，鋰電池的零部件便可在煙廠生長和收穫。如果麻省理工學院的研究取得成功，鋰電池便可織成衣服，為包括無人駕駛飛機和手機在內的一系列電子裝備供電。
麻省理工學院和馬里蘭州大學的科學家使用了兩種對人類無害的病毒，前者使用的是能夠感染細菌的病毒M13，而後使用的是菸草花葉病毒(TMV，菸草作物的常見病菌)。病毒的宿主可能存在差異，但每一個病毒的形狀均帶有類似特徵，即長而薄的圓柱形。在美國化學學會(ACS)2010年9月於波士頓舉行的會議上，麻省理工學院的馬克·艾倫博士指出M13可用來製造鋰電池所需的氟化鐵陰極。艾倫及其同事希望“放大”他們的電池零部件製造，製造輕型可充電並且電力持久的鋰電池，為軍方無人機和平民使用的手機等設備充電。
新型陰極立基於麻省理工學院早期研製電池陽極和陰極的努力，由於在室溫和水中工作，它們並不會對環境造成破壞。麻省理工學院的研究只在名義上打出“綠色牌”，相比之下，馬里蘭州大學進行的卻是名副其實的“綠色”研究。
