近期，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的研究團(tuán)隊(duì)在生物能源領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。該研究由鐘超、劉志遠(yuǎn)以及深圳大學(xué)的王任衡共同合作完成，并在知名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上發(fā)表了他們的最新研究成果。

這項(xiàng)研究的核心在于，科學(xué)家們成功研發(fā)了一款直徑20毫米、高度3.2毫米的微型便攜式微生物燃料電池。這款電池不僅體積小巧，更融入了創(chuàng)新的生物電刺激裝置，通過(guò)精確調(diào)控神經(jīng)元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物電生理活動(dòng)和血壓的有效管理，為疾病治療提供了全新的可能性。

微生物燃料電池，這一新型生物能源裝置，主要依賴(lài)于電活性微生物的代謝活動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電能。研究團(tuán)隊(duì)受傳統(tǒng)鋰電池制造技術(shù)的啟發(fā)，采用了陰陽(yáng)極分離的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并結(jié)合3D打印技術(shù)，使得電池性能得到了顯著提升。他們以活體水凝膠作為陽(yáng)極，含鐵氰化鉀的藻酸鹽水凝膠作為陰極，成功構(gòu)建了一個(gè)高性能的微型生物電池系統(tǒng)。

這款微型生物電池的發(fā)電原理在于水凝膠內(nèi)細(xì)菌的代謝活動(dòng)。當(dāng)細(xì)菌生長(zhǎng)10小時(shí)后，電池能夠輸出450毫伏的電壓。更重要的是，該電池具備自充電能力，可完成多達(dá)10次的自充電-放電循環(huán)。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，細(xì)菌保持了超過(guò)70%的高存活率，循環(huán)結(jié)束時(shí)存活率更是高達(dá)97%，這充分證明了細(xì)菌在電池內(nèi)部依然保持著旺盛的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)。

研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步對(duì)生物電池的性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示其循環(huán)穩(wěn)定性出色，能量損失極低。與此同時(shí)，這款生物電池完全避免了傳統(tǒng)電池中鈷、鋰等稀缺金屬以及有毒電解質(zhì)的使用，從而在環(huán)保方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì)。

研究團(tuán)隊(duì)還展示了3D打印活體水凝膠的過(guò)程，這一技術(shù)為電池的微型化和便攜化提供了關(guān)鍵支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，微生物電池有望為智能手表、心臟起搏器等低功耗設(shè)備提供電力支持，從而推動(dòng)便攜式生物器件的發(fā)展。

這款生物電池在連續(xù)運(yùn)行100小時(shí)后，細(xì)菌仍然保持了超過(guò)90%的高存活率，這進(jìn)一步驗(yàn)證了其穩(wěn)定性和可靠性。隨著研究的深入，微生物燃料電池有望在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。