在美國賓漢頓大學，教授 Seokheun “Sean” Choi 專注於細菌驅動的生物電池的研究已有十多年。最近，他與樓下的同事合作，取得了重大進展，開發出一種高輸出生物電池，能夠利用內孢子和不銹鋼為小型電子設備供電，並無需鋰或有毒化學品。
Choi 教授任教於托馬斯·J·華生工程與應用科學學院，他在材料限制方面面臨挑戰。雖然商業不銹鋼網絡可用於堅固的陽極，但團隊無法控制表面特性，如孔隙率和粗糙度，這些對細菌生長及電力生成至關重要。為了解決這一問題，他向機械工程系的助理教授 Dehao Liu 尋求幫助。Liu 是激光粉末床熔融（LPBF）技術的專家，這是一種以極高精度逐層構建金屬結構的 3D 打印方法。
Liu 表示：「LPBF 非常適合生物電池，因為它能夠製作高精度、可定制的 3D 結構，這對於最大化表面積和能量密度至關重要。」兩個實驗室共同 3D 打印了定制的電池部件，包括陽極、陰極和密封蓋，並像搭積木一樣組裝它們。
這項工作展示了 Choi 團隊迄今為止構建的最高輸出細菌基生物電池之一。
細菌基電池需要幾個關鍵成分：陰極、陽極和膜，這些成分在離子交換過程中產生電流。陽極是細菌的棲息地，提供的表面積越大，微生物產生的能量就越多。Choi 說：「二維陽極效率不高，養分無法有效送達細菌，廢物也無法有效排出。」
標準製造方法難以創造有效的 3D 陽極。大多數碳基或聚合物基選擇都較弱，或需高溫而殺死細菌。雖然不銹鋼具有更好的導電性和結構，但商業網絡缺乏理想的細菌定殖設計靈活性。LPBF 方法為團隊提供了納米級的形狀和結構控制，讓他們能夠設計陽極及其他部件，以達到最佳效率和便於組裝的效果。
最終的結果是一個可堆疊的系統，六個小型生物電池產生了近 1 毫瓦的能量，足以為 3.2 英寸 LCD 提供電力。不銹鋼部件也證明可重用。Choi 說：「可以拆卸細菌細胞然後重複使用，我們證明在多次使用後，電力水平保持穩定。」
這項最新研究還建立在助理教授 Anwar Elhadad 的博士論文工作基礎上，他曾在 Choi 指導下學習。Elhadad 表示：「我的博士研究專注於開發集成可持續能源收集技術的生物電子系統，特別是微生物燃料電池。」他補充說，這個項目解決了他在論文中面臨的核心挑戰，特別是對強大且可擴展電極的需求。
展望未來，團隊希望通過統一所有電池部件的打印過程來簡化製造。他們還計劃開發一種電源管理系統，可以調節充電和放電，類似於太陽能電池的運作方式。該研究已發表在《先進能源與可持續研究》期刊上。
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