Akku mit Bakterien: Biobatterie nutzt räumlichen Aufbau für Leistungssteigerung
Dass Bakterien für die Erzeugung einer elektrischen Spannung genutzt werden können, ist schon länger bekannt. An der Binghamton University(öffnet im neuen Fenster) im US-Bundesstaat New York wurde die Technologie jetzt so weit verbessert, dass sich damit ein kleines LC-Display mit immerhin 1 Milliwatt Leistung betreiben ließ.
Das gelang durch ein neues Design der Biobatterien, in denen Endosporen(öffnet im neuen Fenster) des Bakteriums Bacillus subtilis eine organische Nährlösung oxidieren und damit die nötige Spannung erzeugen.
Bisher war es jedoch problematisch, eine geeignete Umgebung für die Bakterien zu schaffen und gleichzeitig eine ausreichende Nährstoffversorgung und den Abtransport der Abfallprodukte zu gewährleisten.
3D-gedruckter Stahl
Die Lösung liegt in einem neuartigen Verfahren zum laserbasierten Drucken mit Pulver aus rostfreiem Stahl, genannt Laser Bed Powder Fusion(öffnet im neuen Fenster) . Damit wurden dreidimensionale Strukturen geschaffen, die sowohl widerstandsfähig als auch leitfähig sind und genügend Lebensraum für die Bakterien bieten.
Die Membran für die Ladungstrennung und die Kathode werden laut dem Forschungsteam einfach aufgesteckt. Anschließend liefert jede einzelne Biobatterie 130 Mikrowatt Leistung.
Eine typische Mignonzelle erreicht mit etwa 1 Watt das 7.000-fache, aber in den Experimenten versorgten sechs der von Bakterien angetriebenen Zellen in Reihe geschaltet immerhin ein Display. Für mikroelektronische Bauteile würde die Stromausbeute somit bereits genügen.
Die Forschung mit Biobatterien steht noch am Anfang
Die Bakterien können aus den Edelstahlblöcken entnommen und wieder eingesetzt werden. Auch lassen sich die Batterien mehrfach nutzen, wobei immer wieder ein ähnliches Leistungsniveau erreicht wird. Nach der Zuführung von Nährlösung ist die Batterie innerhalb von etwa 20 Minuten startbereit.
Ziel ist es, dass die Batterien wie mikrobielle Energiezellen funktionieren, die man mit einer organischen Nährlösung betankt. Zunächst soll aber die optimale Form für die Anode gefunden werden, um sie in schnellerer Abfolge herstellen zu können. Zudem benötigen die Batterien eine Leistungssteuerung, um das Laden und Entladen zu regeln.
Die gesamte Studie zum Entwurf der optimierten Anoden wurde in Advanced Energy & Sustainability Research(öffnet im neuen Fenster) frei zugänglich veröffentlicht.