Биобатареи на бактериях: как 3D-печать металлом помогает создать экологичный источник энергии

В Университете Бингемтона (США) междисциплинарная команда исследователей под руководством профессора Сокхёна «Шона» Чоя разрабатывает инновационные биобатареи на основе бактерий, используя технологию лазерного сплавления порошков (LPBF) в 3D-печати. В сотрудничестве с доцентом Дехао Лю, специалистом по LPBF из отдела машиностроения, ученые создали микроархитектуры из нержавеющей стали с точно настроенной пористостью и шероховатостью поверхности.

Этот дизайн улучшает колонизацию бактерий, облегчая доставку питательных веществ и удаление отходов — ключевые проблемы, которые ранее ограничивали эффективность углеродных и полимерных анодных материалов.

Как работают бактериальные батареи?

Биобатарея вырабатывает электрический ток за счет электрохимической реакции, которую запускают бактериальные эндоспоры — устойчивые микроорганизмы, активирующиеся в подходящих условиях. Система состоит из трех основных компонентов:

• Катода (положительного электрода),

• Анода (отрицательного электрода),

• Ионообменной мембраны, обеспечивающей генерацию электричества.

Для максимальной эффективности анод должен быть трехмерным, чтобы бактерии могли плотно заселять его поверхность, сохраняя доступ к питательным веществам.

Почему 3D-печать — идеальное решение?

Традиционные материалы, такие как углерод или полимеры, обладают низкой проводимостью и могут повреждаться при обработке. Нержавеющая сталь, напротив, обеспечивает высокую проводимость и механическую прочность.

*«Два года назад мы начали использовать стальную сетку в качестве анода, но её пористость и шероховатость невозможно контролировать. Теперь LPBF позволяет нам создавать сложные 3D-структуры с высокой точностью»,* — объясняет Чой.

Соединив несколько биобатарей последовательно или параллельно, команда добилась мощности в 1 милливатт — этого достаточно для работы небольшого ЖК-экрана. Кроме того, стальные конструкции позволяют повторно использовать бактерии без потери эффективности.

Будущее проекта

Ученые планируют:

• Упростить производство, печатая все компоненты батареи за один цикл,

• Внедрить системы управления энергией (аналогичные солнечным батареям) для оптимизации заряда и разряда.

Биобатареи пока не могут заменить традиционные аккумуляторы, но их потенциал в экологически чистой энергетике огромен. Благодаря 3D-печати эта технология становится всё ближе к реальному применению.

Есть задача, которую можно решить с помощью SLM 3D-печати? Ждем ваше ТЗ на нашу e-mail! Мы оказываем услуги печати металлом, а также поставляем оборудование - внедрим технологию, обучим ваших операторов всем нюансам процесса.