新的生物電池利用細(xì)菌相互作用發(fā)電數(shù)周

隨著我們技術(shù)需求的增長和物聯(lián)網(wǎng)越來越多地將我們的設(shè)備和傳感器連接在一起，弄清楚如何在偏遠(yuǎn)地區(qū)提供電力已成為一個不斷擴(kuò)大的研究領(lǐng)域。

Thomas J. Watson 工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電氣與計算機(jī)工程系的一名教員——多年來一直致力于生物電池的研究，這種電池通過細(xì)菌相互作用來發(fā)電。

他遇到的一個問題是：電池的壽命只有幾個小時。這在某些情況下可能很有用，但不適用于遠(yuǎn)程位置的任何類型的長期監(jiān)控。

在一項發(fā)表在《電源雜志》上并得到海軍研究辦公室 510,000 美元資助的新研究中，Choi 和他的合作者開發(fā)了一種“即插即用”生物電池，該電池一次可以使用數(shù)周，并且可以堆疊以提高輸出電壓和電流。該研究的合著者來自 Choi 的生物電子學(xué)和微系統(tǒng)實(shí)驗室：現(xiàn)任博士生 Anwar Elhadad 和 Lin Liu，博士 '20(現(xiàn)為西雅圖太平洋大學(xué)助理教授)。

Choi 以前的電池有兩種細(xì)菌相互作用以產(chǎn)生所需的能量，但這次新的迭代在不同的垂直室中使用了三種細(xì)菌：“光合細(xì)菌產(chǎn)生有機(jī)食物，將用作下面其他細(xì)菌細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)。底部是產(chǎn)電細(xì)菌，中間的細(xì)菌會產(chǎn)生一些化學(xué)物質(zhì)來改善電子轉(zhuǎn)移。”

Choi 認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用將是部署在遠(yuǎn)程和惡劣環(huán)境中無人值守的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器將遠(yuǎn)離電網(wǎng)，一旦耗盡，就很難更換傳統(tǒng)電池。因為這些網(wǎng)絡(luò)將使世界的每個角落都可以連接起來，所以電力自治是最關(guān)鍵的要求。

“現(xiàn)在，我們處于 5G 時代，而在未來 10 年內(nèi)，我相信它將是 6G，”他說。“借助人工智能，我們將在極小的平臺上擁有大量智能、獨(dú)立、始終在線的設(shè)備。您如何為這些小型化設(shè)備供電?最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用將是部署在無人值守環(huán)境中的設(shè)備。我們不能去那里更換電池，所以我們需要小型能量收集器”

Choi 將這些新的生物電池(尺寸為 3 厘米 x 3 平方厘米)與樂高積木進(jìn)行了比較，樂高積木可以根據(jù)傳感器或設(shè)備所需的電輸出以多種方式組合和重新配置。

他希望通過進(jìn)一步研究實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)之一是創(chuàng)建一個可以漂浮在水上并執(zhí)行自我修復(fù)的包裝，以自動修復(fù)在惡劣環(huán)境中造成的損壞。

“我的最終目標(biāo)是讓它變得非常小，”他說。“我們稱之為‘智能塵埃’，幾個細(xì)菌細(xì)胞可以產(chǎn)生足以運(yùn)行它的能量。然后我們可以把它灑在我們需要的地方。”