新的生物電池利用細菌相互作用發(fā)電數(shù)周

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

Thomas J. Watson 工程與應用科學學院電氣與計算機工程系的一名教員——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 的生物電子學和微系統(tǒng)實驗室：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助理教授)。

Choi 以前的電池有兩種細菌相互作用以產(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菌：“光合細菌產(chǎn)生有機食物，將用作下面其他細菌細胞的營養(yǎng)物質(zhì)。底部是產(chǎn)電細菌，中間的細菌會產(chǎn)生一些化學物質(zhì)來改善電子轉(zhuǎn)移。”

Choi 認為，物聯(lián)網(wǎng)最具挑戰(zhàn)性的應用將是部署在遠程和惡劣環(huán)境中無人值守的無線傳感器網(wǎng)絡。這些傳感器將遠離電網(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、獨立、始終在線的設備。您如何為這些小型化設備供電?最具挑戰(zhàn)性的應用將是部署在無人值守環(huán)境中的設備。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)與樂高積木進行了比較，樂高積木可以根據(jù)傳感器或設備所需的電輸出以多種方式組合和重新配置。

他希望通過進一步研究實現(xiàn)的改進之一是創(chuàng)建一個可以漂浮在水上并執(zhí)行自我修復的包裝，以自動修復在惡劣環(huán)境中造成的損壞。

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