该图显示了锂锰氧化镍和碳纳米管分别结块，没有特定的相互作用。

来源：（Evgenia Barannikova/UMBC）

科学家正使用生物学来提高锂离子电池的性能。马里兰大学巴尔的摩县分校（UMBC）的研究人员分离了一种可结合锂锰镍氧化物（LMNO）的肽（一种类型的生物分子），可用于制造高性能的电池阴极材料。这种肽可以将LMNO纳米颗粒连接到电池电极的导电部件上，从而提高了电极电位及其稳定性。

研究人员将在生物物理学会的59届年会上展示他们的成果。该年会将于2月7日至11日在马里兰州巴尔的摩市举行。

“生物为我们提供了解决重要问题的工具。”马里兰大学巴尔的摩县分校的研究生 Evgenia Barannikova说。Barannikova在Mark Allen实验室工作，她主要研究方向为生物分子如何提高电池使用的无机材料的性能。“通过模拟生物过程，我们可以找到更好的解决方案。”她说。

目前电池研究者面临的一个问题是采用纳米材料存在一定困难，这是由于材料尺寸太小而不利于控制。锂离子电池中纳米结构的电极具有以下优势：载流子移动距离短、高的表面积能为化学反应提供更多活性部位，这些都有助于电池更轻更持久。

为了克服制造纳米尺度材料的困难，Barannikova和她的同事将方向转向了生物分子－肽。肽是由氨基酸分子组成的，而且根据氨基酸序列的不同，肽可以与不同类型的有机和无机材料结合。肽在人体中会发挥很多作用，包括大脑中调节血糖的信号、以及组成某些药物如胰岛素等。

Barannikova说，生物如软体动物使用肽来控制它们的壳的生长的方法给了她很多启示。它们通过控制可以建立复杂的纳米和宏观无机材料，如碳酸钙。

研究人员借鉴了软体动物常用的方法，但是使用一些实验室方法找到合适的肽，毕竟没有蜗牛采用锂锰氧化镍的外壳。

Barannikova和她的同事使用了一种“噬菌体展示”的方法从数十亿可能的肽中挑选一种可以强烈吸附锂锰氧化镍的肽。研究人员搜索采用的肽数据库是由一个公司运营的实验室提供的，这个数据库包含大量的随机组合氨基酸序列，这些氨基酸序列掺入到一个称为M13噬菌体的病毒产生的蛋白质中。

研究者首先分离出结合了金属氧化物的肽，然后反复洗涤。之后研究人员将新发现的这种肽和之前分离的肽结合，并附着到碳纳米管上。在锂离子电池电极中，碳纳米管可以作为导线。

肽在这样的结构中就像一座桥梁，连接了锂锰镍氧化物纳米粒子和碳纳米管，使得它们可以通过多个充电周期相互联系。通过在纳米尺度构建一个高度有序的稳定结构，研究人员希望这种肽能提高锂离子电池功率以及循环稳定性，使得锂离子电池可以更小巧，且寿命更长。

该团队正在测试这种新电极的性能。Barannikova计划采用相似的技术制备集成两个组件的新电极。“我希望能在我的博士论文里展示一个完整的生物模版电池。”她说。

 

新材料在线编译整理—— 翻译： 杨超