賓漢姆頓大學3D打印不銹鋼陽極讓微生物電池更環(huán)保、更耐用

南極熊導讀：隨著物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設備對微型化、可持續(xù)能源的需求日益增長，3D打印技術正在為生物電池領域帶來技術性突破。研究人員通過開發(fā)高性能三維微結(jié)構(gòu)電極，大幅提升生物電池的能量密度和可擴展性，為偏遠環(huán)境和自主設備的供能提供了全新解決方案。

△3D打印不銹鋼生物電池示意

2025年7月28日，南極熊獲悉，賓漢姆頓大學Sean Choi教授團隊在生物電池領域取得進一步進展，成功利用3D打印激光粉末床熔融（LPBF）技術開發(fā)出新一代高性能細菌驅(qū)動生物電池，為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器等小型自主設備提供高效、可持續(xù)的能源解決方案。

△相關研究成果已發(fā)表于《Advanced Energy & Sustainability Research》期刊上，題目為“邁向可持續(xù)、高性能、可擴展的片上生物動力：采用3D打印不銹鋼陽極和孢子基生物催化劑的微生物生物電池”（傳送門）

更加堅固耐用的生物3D打印電池

近年來，Choi教授致力于以細菌為燃料的生物電池研發(fā)，特別適用于在海洋、森林等偏遠地區(qū)及人體內(nèi)部的應用場景。然而，材料性能瓶頸長期制約著生物電池的能量密度與可擴展性。2024年，Choi教授與同校激光粉末床熔融技術專家Dehao Liu助理教授展開跨學科合作，依托LPBF技術實現(xiàn)了高精度、可定制的不銹鋼三維微結(jié)構(gòu)打印，極大提升了電池的表面積與能量輸出。

△3D打印316L不銹鋼電極的性能

Dehao Liu教授表示：“LPBF技術能夠打印復雜的3D結(jié)構(gòu)，這對于優(yōu)化陽極微環(huán)境、促進細菌生長以及提升能量密度至關重要�！眻F隊研究發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的碳或聚合物基材料，不銹鋼網(wǎng)不僅具備更優(yōu)的導電性和機械強度，還能通過3D打印精確調(diào)控孔隙度和粗糙度，有效提升生物電池性能。

△3D打印316L不銹鋼電極的電化學性能

新型生物電池利用內(nèi)生孢子細菌的電化學反應實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，創(chuàng)新采用模塊化3D打印結(jié)構(gòu)，包括陽極、陰極及密封蓋等部件，可像樂高積木一樣高效組裝與堆疊。單體電池可輸出近1毫瓦功率，足以驅(qū)動3.2英寸液晶顯示器，且經(jīng)多次循環(huán)使用后性能穩(wěn)定。

Choi教授指出：“我們證明了細菌可重復利用，電池功率保持優(yōu)異。”展望未來，團隊計劃實現(xiàn)全組件一體化3D打印，并開發(fā)智能電源管理系統(tǒng)，進一步優(yōu)化充放電效率，推動生物電池在可穿戴設備、環(huán)境監(jiān)測等領域的廣泛應用。

這個項目獲得了美國國家科學基金會（NSF）2024年度資助。