3D打印真菌燃料电池提供可生物降解的电源解决方案

南极熊导读：预计到2030年，随着含有难以回收或不易降解部件的废弃电子产品数量激增，全球电子垃圾将达到7470万吨。因此，开发使用环保、无毒且可再生材料的绿色电子产品变得极为迫切。

△3D打印的网格电极包含电池阳极室中使用的真菌

2025年1月10日，南极熊获悉，Empa的研究人员成功开发了一种3D打印真菌电池，这种真菌燃料电池可以为偏远地区的农业或研究传感器供电。这项技术的核心优势在于它的环保特性。与传统电池不同，这种电池不仅无毒，而且在完成任务后可以完全生物降解，大幅减少了对环境的长期影响。

△这项研究已发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊上，题目为“3D打印纤维素基真菌电池”（传送门）

该研究由Empa纤维素和木材材料实验室的科学家主导，历时三年，成功制造出一种可自降解的真菌电池。尽管活细胞产生的电能有限，但足以驱动温度传感器等小型设备运行数天。这一应用尤其适用于农业和环境研究，可以为监测作物生长和环境变化提供稳定的能量来源。

△3D打印纤维素基真菌电池概念示意图

打印机里的真菌

严格来说，这种电池并非传统意义上的电池，而是所谓的微生物燃料电池。与所有生物一样，微生物将营养物质转化为能量。微生物燃料电池正是利用了这种新陈代谢过程，捕获其中的一部分能量作为电能。迄今为止，这类电池主要由细菌提供动力。

Empa研究员Carolina Reyes指出：“我们首次将两种真菌结合，成功制造出功能齐全的燃料电池。”两种真菌的新陈代谢过程相互补充：阳极侧是一种酵母菌，代谢过程会释放电子；而阴极上则生长着一种白腐真菌，它能产生一种特殊酶，有助于捕获并传导电子出电池。

△3D打印导电墨水中的细胞具有电化学活性

这些真菌并非被“植入”电池，而是从一开始就是电池不可分割的一部分。真菌电池的组件是通过3D打印技术制造的。这使得研究人员能够构建电极，以便微生物能轻松地获取营养物质。为此，真菌细胞被混入了打印油墨中。

纤维素和木材材料实验室负责人Gustav Nyström说道：“找到一种能让真菌良好生长的材料已经够难的了。但墨水还必须易于挤出，且不会杀死细胞，当然，我们还希望它具有导电性和可生物降解性。”

得益于研究人员在生物3D打印技术方面的经验，成功生产出一种以纤维素为基础的合适墨水。真菌细胞甚至可以使用纤维素作为营养物，这有助于在使用后分解电池。然而，它们首选的营养来源是简单的糖，这些糖被添加到电池中。Reyes解释道：“你可以将真菌电池以干燥状态储存，并通过简单地添加水和营养物在现场激活它们。”

尽管真菌在材料科学领域尚未得到充分探索，但它们在生物材料方面的潜力正在被逐渐发掘。Empa的研究人员面临的挑战之一是利用活体材料，这涉及到跨学科的合作，包括微生物学、材料科学和电气工程。为了全面表征真菌电池，Reyes不仅需要学习电化学技术，还要将它应用于3D打印油墨。

目前，团队正致力于提高真菌电池的性能和耐用性，并探索其它具有发电潜力的真菌种类。