大自然中有许多“老师”，它们通过言传身教“指导”人类制造了许多有用的工具。其中，电鳗就是我们的电池“导师”，未来，我们还会向它们学习如何“自发电”。
形似神不似的伏打电池
虽然电鳗可能不愿承认自己指导意大利物理学家亚历山德罗·伏打(1745-1827)制造了人类历史上的第一个便携电池，但是伏打自己却一直将电鳗当做“导师”，还将自己制造的电池称为“人工电器官”——与之相比，电鳗的发电器官当然是“天然”的。
我们知道，摩擦会生电，在“伏打电池”发明之前，我们通过储存摩擦产生的电荷来获取电能，而伏打的工作正是研究什么材质能摩擦出最多的电荷，用什么容器能最大量地储存这些电荷。这项工作并不容易，因此伏打一直没能获得满意的成果。在伏打的研究持续了十余年之后，转机突然到来：1780年，伏打的老朋友意大利解剖学家路易吉·伽伐尼发现了一个奇特的生物学现象，将刚死的青蛙的腿放在铜板上，用一个锌金属夹子夹住青蛙大腿，其大腿肌肉会抽动一下，就像被电击了一样。伏打听说了这个消息，从中获得了灵感：两种不同的金属遇到生物体液，就会产生电流?这些电流如果能持续产生、稳定存在，不就是我一直寻求的结果吗?
生物体液实质是浓度不一的盐水，伏打用盐水模拟生物体液，把用黄铜和锌做成的金属片放到盐水中，结果令他满意，盐水中果然产生了电流，可是这些电流很微弱，甚至还比不上静电电池。该如何获取更大的电流?受到伽伐尼的启发，伏打决定从“生物老师”身上寻找答案，而产电的“生物老师”自然就是电鳗了。
电鳗的发电器官是一串肌肉细胞，这些细胞呈扁平状，厚度只有7～10微米，直径可至4～8毫米。“电极”细胞分为两面：一面较为光滑，直接与神经系统相连;另一面则凹凸不平，无神经。在电鳗发动攻击时，“电极”细胞就像连上了开关，产生强劲的电流。伏打模拟电鳗的发电器官改进了他的电池：他制造了硬币大小的铜片和锌片，将许多个铜片和锌片一一匹配，每两个金属片之间用含有盐溶液的湿毛巾或者湿海绵隔开，这就成了一个个小电池。最后，他将每个小电池用导线相联，发现叠加起来的电池产生了更大的电能，这就是我们熟悉的“伏打电池”的原型。为了致敬电鳗，伏打将他的电池称为“人工电器官”。
未来的电鳗电池
不过，在电鳗“老师”看来，伏打这是只学了些皮毛。
组成伏打电池的两个金属片浸泡在食盐水中，会溶解产生金属离子，两种金属的活性不同，金属离子会朝活性更强的金属游动，持续游动的离子就形成了电流。但是，伏打电池仍然有不小的缺点，它的性能很不稳定：金属片在与食盐水反应生成离子的同时，还会产生气体，金属片表面很快就会被这些气泡所包围，阻断反应的继续进行，此时电流就迅速减小了。
而电鳗发电则没有伏打电池的这一缺点。电鳗的“电极”细胞与其他细胞一样，细胞内外携带有数量不等的金属离子，因此本身就具有膜外带正电、膜内带负电的静息电位。因为电鳗细胞的金属离子不是化学反应产生的，也就没有伴随而生的气泡，电鳗的电流就不会被气泡打断了，比伏打电池要稳定多了。
那么，人类能不能模仿电鳗发电的精髓，打造一个更先进的电池呢?前不久，瑞士弗赖堡大学的研究人员就向电鳗“老师”学习，制造了一款新电池。研究人员最初想仿造一个电鳗发电器官，但很快就发现这么做太复杂了，他们就想了一个简易的方法取而代之——用两张填充离子溶液的塑料薄膜来模拟“电极”细胞。塑料薄膜长得像彩色的气泡膜：一张薄膜上排列着红、蓝两色凝胶块，另一张薄膜则由绿、黄两色凝胶块组成。
塑料薄膜之所以设计得花花绿绿，可不仅是为了好看，事实上，不同颜色的凝胶块中填充着不同的液体：红色凝胶中是盐水，蓝色凝胶中是淡水。绿色凝胶中含有带正电的离子，黄色凝胶中含有带负电的离子。当薄膜相互分离时，凝胶间相互独立，无法形成连续的离子流，它们就只是普通的塑料膜。可是当它们交叠在一起时，薄膜就会通电：按照事先设计好的那样，薄膜交叠时，不同颜色的凝胶会相互桥接，按照红-绿-蓝-黄的顺序紧密相连，这时正负离子就会在盐水和淡水组成的电解液中流动起来，成为电流，发出电能。
电鳗电池有大用处
新型电池比伏打电池稳定多了。绿色凝胶块只允许正离子流过，而黄色凝胶块只允许负离子通过，这样，正负离子就只能沿着确定的路线流动，形成稳定的电流。而且，与电鳗的“电极”细胞一样，虽然每个凝胶块只能产生一个微小的电压，但成千上万的凝胶块聚在一起，就能产生很高的电能，比如研究团队制造出的模型就可以产生高达110伏的电压。与伏打电池相比，新型电池的制造也更容易，塑料薄膜和其中的带电凝胶都可以通过3D打印机来制备。
新型电池还能被应用在伏打电池无法触及的领域。新型电池的主要成分是塑料和溶液，所以电池在被压扁、严重变形后仍然有效，因此为了节省空间，新型电池能被折叠起来。利用类似于太阳能电池板折叠放入卫星的特殊折叠方法，研究人员设计出了能使凝胶以正确顺序、正确颜色接触的折叠结构，造出了比原本的薄膜体积小得多的电池，只有隐形眼镜那么大，这进一步扩大了它的应用范围。
新型电池不再像伏打电池那样害怕液体的腐蚀，它可以在潮湿的地方工作，有望为潜水艇或软体机器人提供动力。未来的某一天，新型电池也可能被植入人体，让人类能像电鳗那样“发电”。当然，这不是说让人类放电自卫，而是帮助某些需要电能但又无法正确放电的器官恢复正常，比如心脏。我们知道，心脏的心肌细胞是在有序的电脉冲指导下工作的，一旦心肌细胞失去电脉冲的提示，心脏就会立刻停摆，这时我们就需要植入心脏起搏器维持心脏工作。而新型电池就可以为心脏起搏器提供电能，新型电池甚至可以被设计成起搏器——人体细胞天然储存有不同离子浓度的细胞液，这些细胞液可以被利用起来，充当这类新型电池的电解液，这样细胞就可以“自主”发电了。
当然，要实现这样的目标还有很长的路要走。不过，让人类像电鳗一样“放电”，这种前景还是值得期待的。
