美國麻省理工學院(MIT)的研究人員發明了一種新技術，可利用病毒來組裝尺寸微小的、并可印刷在塑膠薄膜上的電池。

該病毒是一種基因工程病毒，專門用來做為自組裝(self-assemble)納米級鋰離子電池的材料；所產出的電池則是利用環保制程印刷在塑膠薄膜上。MIT的研究人員表示，該種軟性電池薄膜的重要零件已經完成；他們并展示了該種電池媲美現有筆記本電腦、混合動力車輛鋰離子電池的性能。

MIT的研究團隊目前正在對該材料進行最佳化，期望讓其性能超越現有的鋰離子電池；而他們的最終目標是將這種可印刷電池薄膜商業化。

“病毒為電池布線供應了新途徑；”率領該研究團隊的MIT材料科學家AngelaBelcher表示：“現在我們已經開發出正極、負極材料，以及微接觸(micro-contact)印刷方法。”接下來該團隊將最佳化電池的性能，并為了商業化升級技術。

圖：率領MIT印刷電池研究團隊的AngelaBelcher。

除了提升電池性能，MIT的科學家表示他們將透過使用低價、可印刷組裝技術，創造出現有制程不可能呈現的電池形狀。不過在現場展示中，MIT的研究人員是將該種電池做成傳統的鈕扣形狀來做示范。

不久前，MIT校長SusanHockfield還在美國白宮一場討論綠色能源科技的會議上，向美國總統歐巴馬展示了該病毒電池的原型；Hockfield表示，這種軟性電池薄膜能使用環保制程技術，在接近室溫下進行制造。

典型的鋰離子電池是使用帶負電的、石墨制成的正極，來調節流向帶正電、用鈷制程的負極；而MIT所研發的電池，正極與負極材料都是自組裝架形成架構，且由于是活病毒組成的奈米級圖案，因此能供應更大的表面積。

這些病毒是從普通的噬菌體(bacteriophages)族群中所選出來的，會吞噬細菌，但是對人體無害。研究人員以基因工程方式，透過創造出數十億的隨機變種，讓病毒自組裝成奈米級電池薄膜；接下來他們將利用“適者生存(survival-of-the-fittest)”法則，選擇出那些能發揮最佳所需性能的病毒。

去年該研究團隊展示了使用病毒自組裝所形成的正極材料，以微接觸印刷技術所制造出的軟性電池薄膜；該次示范是使用傳統的陰極材料。現在基因工程病毒已經可以自組裝成陰極材料，也完成了該種電池商業化所需的最后一種關鍵零件。

“我們已經利用基因工程培育出陰極材料──是由鋰離子磷酸鹽與銀所組成的奈米線；這種材料會拾取(pickup)其頂部的單一碳奈米管，以新增其導電性。”Belcher表示。

在上一次的展示中，MIT所使用的自組裝正極材料是使用不同的病毒；在該種病毒外部覆蓋了氧化鈷與金，以形成奈米線。而新病毒則是使用了類似的方法，在外部覆蓋磷酸鹽鐵與銀，然后使用分子辨識(molecularrecognition)在其末端拾取奈米管，以達到更加有效率的電子傳輸。

“我們一開始在沒有奈米管的情況下設計該種材料，但其導電性卻不夠好；然后我們發現病毒會藉著分子辨識與奈米管接觸。”Belcher表示：“這也是最困難的部份，因為在數十億病毒會選擇中只有兩個會拾取頂端的奈米管；這兩個病毒有不同的基因碼，而且是透過適者生存法則所選出的。”

所出現出的材料(能以液狀大量生產，然后干燥成粉末狀)是由5%的碳奈米管所組成；在展示中，該種使用微接觸印刷技術所制成的電池，能重復充電數百次且在性能上幾乎沒有下降。接下來MIT的研究人員希望能進一步提升其以鋰為基礎的材料配方，透過添加金屬到該種磷酸鹽鋰混合物中，供應更佳的性能；例如氧化鎂磷酸鹽鋰，或是鎳磷酸鹽鋰。