牙齿和骨骼、蜗牛壳和鸟蛋是通过一种叫做生物矿化的过程形成的。这种将钙或二氧化硅等矿物质融入硬组织的方法在所有生命领域都存在，显然在自然界中非常有用。这个概念非常强大，研究人员现在正努力将其应用于锂离子电池内部相当不自然的环境中。
生物体在蛋白质或肽的帮助下构建像贝壳和骨骼这样的矿化组织，这些蛋白质或肽是由所有生物的细胞产生的有机分子。参与蜗牛壳形成和其他矿化组织的特殊肽能够与创建该组织所需的特定无机分子结合，并将其固定到位。例如，蜗牛不能直接用钙来构建它的壳，但它可以构建一个由钙结合肽制成的壳形支架。通过这种方式，肽有助于形成构成贝壳、骨骼和生物体其他部分的非常精细的结构材料。
马里兰大学巴尔的摩分校的研究生叶夫根尼娅·巴兰尼科娃说，类似地，特殊肽可以用来制造具有人造材料的非常精细的结构，这一过程有可能改善锂离子电池的性能。她今天在生物物理学会的年会上展示了她的团队关于受生物启发的锂离子电池的研究成果。
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电池通常包含三个主要部分：两个带相反电荷的电极和一个位于两者之间的电解质。其中一个电极称为阴极，它由两种材料制成，这两种材料必须彼此紧密相邻，以便电子在它们之间有效流动。其中一种材料必须具有高电活性，这是一种允许电解质中的锂离子快速插入和移除其化学结构的特性。锂的这种转移驱动电子从电极流向外部电路。为了有效执行此过程，阴极中的材料也必须具有导电性，但是电活性材料的导电性本质上很低。因此，将电活性材料和导电材料结合在一起可以提高电池的性能。
研究人员使用一种可以筛选数十亿种肽的技术，分离出一种与锂镁镍氧化物（一种高电活性材料）强烈结合的肽。对于导电成分，研究人员使用了一种先前确定的与碳纳米管（一种高导电材料）结合的肽。通过连接这两种特殊肽，可以在阴极的两个组件之间形成“纳米桥”，使材料在纳米尺度上具有结构。巴兰尼科娃说，这有助于“防止电活性材料和导电材料的分散，目前这会导致导电性损失和某些电池的低性能。”
随着研究人员着眼于改进电动汽车的电源，提高可充电锂离子电池的性能变得越来越重要。到目前为止，对新型阴极的测试表明，纳米结构材料的性能优于目前的锂离子电池模型，但巴兰尼科娃和她的团队仍在努力使用这些技术制造整个电池。
巴兰尼科娃说，使用纳米尺度结构的材料制造锂离子电池除了性能更好之外，还可能带来其他好处。“另一个目标是看看已经确定的那些肽是否能帮助我们在环保条件下合成这些材料，”她说。生物体能够使用肽组装复杂的材料，而无需使用可能危害环境的工业添加剂，因此，通过遵循自然的例子，或许可以避免对目前阴极制造过程中使用的刺激性溶剂和高温的需求。
“生物学提供了很多例子，”巴兰尼科娃说。“解决方案就在那里——我们只需要环顾四周。”