牙齒和骨骼、蝸牛殼和鳥蛋是透過一種叫做生物礦化的過程形成的。這種將鈣或二氧化矽等礦物質融入硬組織的方法在所有生命領域都存在，顯然在自然界中非常有用。這個概念非常強大，研究人員現在正努力將其應用於鋰離子電池內部相當不自然的環境中。
生物體在蛋白質或肽的幫助下構建像貝殼和骨骼這樣的礦化組織，這些蛋白質或肽是由所有生物的細胞產生的有機分子。參與蝸牛殼形成和其他礦化組織的特殊肽能夠與建立該組織所需的特定無機分子結合，並將其固定到位。例如，蝸牛不能直接用鈣來構建它的殼，但它可以構建一個由鈣結合肽製成的殼形支架。透過這種方式，肽有助於形成構成貝殼、骨骼和生物體其他部分的非常精細的結構材料。
馬里蘭大學巴爾的摩分校的研究生葉夫根尼婭·巴蘭尼科娃說，類似地，特殊肽可以用來製造具有人造材料的非常精細的結構，這一過程有可能改善鋰離子電池的效能。她今天在生物物理學會的年會上展示了她的團隊關於受生物啟發的鋰離子電池的研究成果。
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電池通常包含三個主要部分：兩個帶相反電荷的電極和一個位於兩者之間的電解質。其中一個電極稱為陰極，它由兩種材料製成，這兩種材料必須彼此緊密相鄰，以便電子在它們之間有效流動。其中一種材料必須具有高電活性，這是一種允許電解質中的鋰離子快速插入和移除其化學結構的特性。鋰的這種轉移驅動電子從電極流向外部電路。為了有效執行此過程，陰極中的材料也必須具有導電性，但是電活性材料的導電性本質上很低。因此，將電活性材料和導電材料結合在一起可以提高電池的效能。
研究人員使用一種可以篩選數十億種肽的技術，分離出一種與鋰鎂鎳氧化物（一種高電活性材料）強烈結合的肽。對於導電成分，研究人員使用了一種先前確定的與碳奈米管（一種高導電材料）結合的肽。透過連線這兩種特殊肽，可以在陰極的兩個元件之間形成“奈米橋”，使材料在奈米尺度上具有結構。巴蘭尼科娃說，這有助於“防止電活性材料和導電材料的分散，目前這會導致導電性損失和某些電池的低效能。”
隨著研究人員著眼於改進電動汽車的電源，提高可充電鋰離子電池的效能變得越來越重要。到目前為止，對新型陰極的測試表明，奈米結構材料的效能優於目前的鋰離子電池模型，但巴蘭尼科娃和她的團隊仍在努力使用這些技術製造整個電池。
巴蘭尼科娃說，使用奈米尺度結構的材料製造鋰離子電池除了效能更好之外，還可能帶來其他好處。“另一個目標是看看已經確定的那些肽是否能幫助我們在環保條件下合成這些材料，”她說。生物體能夠使用肽組裝複雜的材料，而無需使用可能危害環境的工業新增劑，因此，透過遵循自然的例子，或許可以避免對目前陰極製造過程中使用的刺激性溶劑和高溫的需求。
“生物學提供了很多例子，”巴蘭尼科娃說。“解決方案就在那裡——我們只需要環顧四周。”