宾汉姆顿大学的研究团队在金属3D打印技术的支持下，开发出一种新型的细菌驱动生物电池。通过使用激光粉末床熔化（LPBF）技术，团队成功制作了具有精细孔隙率和表面粗糙度的三维不锈钢微结构电极，从而为细菌的定殖和电能生成提供了理想环境。这种新型生物电池采用细菌内孢子驱动的电化学反应生成电流，具有更高的导电性和更强的结构稳定性。通过将多个生物电池串联或并联，研究人员实现了约1毫瓦的电力输出，足以驱动3.2英寸薄膜晶体管液晶显示屏。团队计划进一步简化生产过程，并提高电池的能效和可重复使用性。
美国宾汉姆顿大学的一个多学科研究团队，由Seokheun “Sean” Choi教授领导，正在探索通过整合激光粉末床熔化（LPBF）3D打印技术，开发细菌驱动的生物电池。该团队与机械工程系的LPBF专家Dehao Liu副教授合作，使用这一金属增材制造方法，制造了具有精细调控孔隙度和表面粗糙度的不锈钢微结构。这种设计有助于细菌的定殖，同时促进养分的传递和废物的去除，这是过去碳基和聚合物阳极材料所面临的关键挑战。
Liu副教授解释道：“LPBF技术非常适合生物电池，因为它能够制造高精度、可定制的3D结构，具有复杂的几何形状，对于最大化表面积和能量密度至关重要。”
该团队的成员还包括电气与计算机工程系的Anwar Elhadad副教授，Choi教授的博士生Yang “Lexi” Gao，以及Liu副教授的博士生Guangfa Li和Jiaqi Yang。该项目得到了2024年美国国家科学基金会的资助。
细菌如何发电
这种生物电池通过细菌内孢子驱动的电化学反应产生电流。内孢子是细菌的休眠形式，能够在恶劣环境下生存，并在适当条件下重新活跃。系统由三个主要组件组成：阴极（正极）、阳极（负极）和离子交换膜，后者有助于电力生成。为了获得最佳性能，阳极必须是三维的，使得细菌能够密集定殖，同时保持对养分的访问并促进废物的去除。
Choi教授表示：“平坦的二维阳极效率低下，它限制了养分的传递，并妨碍了废物的去除。”
为了解决这个问题，研究人员使用LPBF技术制造了三维不锈钢阳极，并对微观结构进行了精确控制，从而为细菌活动和能量生成提供了更合适的环境。传统的阳极材料如碳或聚合物通常导电性较差，在加工过程中还容易受热损坏，而金属基结构则避免了这些问题。
Choi教授进一步解释道：“两年前，我们开始使用不锈钢网作为阳极，因为它的导电性很好，而且结构非常坚固。我们成功地将微生物燃料电池与电子产品结合起来。市面上常见的金属网存在的问题是，我们无法控制其孔隙度和粗糙度。我们只能购买现成的网，然后放入细菌。”
发电能力
通过将多个生物电池串联或并联，研究团队成功生成了近1毫瓦的电力，这足以驱动一个3.2英寸的薄膜晶体管LCD显示屏。这一电力输出是Choi教授之前设计的生物电池中最强的之一。此外，这些不锈钢结构使得细菌细胞可以反复使用，而不会显著降低性能。
未来，团队计划通过开发集成的3D打印方法来简化制造过程，这种方法能够同时制造生物电池的所有组件。他们还计划实施类似太阳能系统中的电力管理策略，通过更好地控制充放电周期来提高能效。
激光粉末床熔化技术的进展
宾汉姆顿大学的生物电池研究采用了激光粉末床熔化技术，这一技术在学术研究之外，最近在工业应用中也取得了重要进展。
例如，总部位于美国的ADDiTEC公司在2025年RAPID + TCT展会上首次推出了其激光粉末床熔化系统——Fusion S。该平台扩展了该公司之前专注于定向能量沉积（DED）和液态金属喷射（LMJ）的技术产品。此次发布使ADDiTEC成为全球少数几家提供三种互补金属增材制造技术的公司之一。
此外，总部位于慕尼黑的3D打印机制造商EOS公司宣布推出其EOS M 290 1kW激光粉末床熔化3D打印机。这款新型打印机是对2014年发布的EOS M 290的升级版本，配备了一个1kW激光，专为铜及铜合金零件的批量生产设计。EOS的合作伙伴公司AMCM开发了这款M 290 1kW，是其定制增材制造产品组合的一部分。该打印机主要面向航天、能源和交通行业应用，并已获得强烈的市场需求。
