宾汉姆顿大学3D打印不锈钢阳极让微生物电池更环保、更耐用

南极熊导读：随着物联网和可穿戴设备对微型化、可持续能源的需求日益增长，3D打印技术正在为生物电池领域带来技术性突破。研究人员通过开发高性能三维微结构电极，大幅提升生物电池的能量密度和可扩展性，为偏远环境和自主设备的供能提供了全新解决方案。

△3D打印不锈钢生物电池示意

2025年7月28日，南极熊获悉，宾汉姆顿大学Sean Choi教授团队在生物电池领域取得进一步进展，成功利用3D打印激光粉末床熔融（LPBF）技术开发出新一代高性能细菌驱动生物电池，为物联网（IoT）传感器等小型自主设备提供高效、可持续的能源解决方案。

△相关研究成果已发表于《Advanced Energy & Sustainability Research》期刊上，题目为“迈向可持续、高性能、可扩展的片上生物动力：采用3D打印不锈钢阳极和孢子基生物催化剂的微生物生物电池”（传送门）

更加坚固耐用的生物3D打印电池

近年来，Choi教授致力于以细菌为燃料的生物电池研发，特别适用于在海洋、森林等偏远地区及人体内部的应用场景。然而，材料性能瓶颈长期制约着生物电池的能量密度与可扩展性。2024年，Choi教授与同校激光粉末床熔融技术专家Dehao Liu助理教授展开跨学科合作，依托LPBF技术实现了高精度、可定制的不锈钢三维微结构打印，极大提升了电池的表面积与能量输出。

△3D打印316L不锈钢电极的性能

Dehao Liu教授表示：“LPBF技术能够打印复杂的3D结构，这对于优化阳极微环境、促进细菌生长以及提升能量密度至关重要。”团队研究发现，相较于传统的碳或聚合物基材料，不锈钢网不仅具备更优的导电性和机械强度，还能通过3D打印精确调控孔隙度和粗糙度，有效提升生物电池性能。

△3D打印316L不锈钢电极的电化学性能

新型生物电池利用内生孢子细菌的电化学反应实现能量转换，创新采用模块化3D打印结构，包括阳极、阴极及密封盖等部件，可像乐高积木一样高效组装与堆叠。单体电池可输出近1毫瓦功率，足以驱动3.2英寸液晶显示器，且经多次循环使用后性能稳定。

Choi教授指出：“我们证明了细菌可重复利用，电池功率保持优异。”展望未来，团队计划实现全组件一体化3D打印，并开发智能电源管理系统，进一步优化充放电效率，推动生物电池在可穿戴设备、环境监测等领域的广泛应用。

这个项目获得了美国国家科学基金会（NSF）2024年度资助。