Segundo o professor Seokheun “Sean” Choi, da Universidade de Binghamton, avanços na engenharia frequentemente exigem tentativa e erro, mas ocasionalmente a solução está mais próxima do que o esperado – mesmo lá embaixo. Na última década, Choi desenvolveu biobaterias alimentadas por bactérias, mas o progresso tem sido limitado por limitações materiais.
Enquanto buscava um componente personalizado de aço inoxidável, Choi descobriu que o Professor Assistente Dehao Liu – um andar abaixo – é especialista em fusão a laser em leito de pó (LPBF), um método ideal para imprimir microarquiteturas de aço inoxidável. “A LPBF é ideal para biobaterias porque permite estruturas 3D personalizáveis e de alta precisão com geometrias complexas, essenciais para maximizar a área de superfície e a densidade de energia”, disse Liu.
A colaboração, publicada na Advanced Energy & Sustainability Research, descreve biobaterias projetadas para alimentar pequenos dispositivos autônomos, como sensores de IoT. Outros colaboradores incluem o professor assistente de Educação Infantil, Anwar Elhadad, o doutorando Yang “Lexi” Gao e os doutorandos de Liu, Guangfa Li e Jiaqi Yang. O projeto é financiado pela bolsa NSF de 2024 de Choi.
Endósporos, uma forma latente de bactéria, alimentam a biobateria por meio de uma reação eletroquímica. Para um desempenho ideal, o ânodo (onde as bactérias vivem) deve ser tridimensional para que os micróbios possam prosperar. “Um ânodo bidimensional não é eficiente”, disse Choi.
A malha de aço inoxidável provou ser melhor do que materiais à base de carbono ou polímeros, que são frágeis e maus condutores. Mas a malha comercial não controla a porosidade e a rugosidade. A LPBF resolveu isso. “Vimos o potencial aqui”, disse Choi. Usando impressão 3D, eles também fabricaram componentes como a tampa de vedação e o cátodo, montando a bateria “como peças de Lego“.
As baterias podem ser empilhadas para aumentar a potência, chegando a quase 1 miliwatt – o suficiente para alimentar um LCD de 3,2 polegadas. É um dos designs de maior rendimento da Choi. Além disso, o aço inoxidável permite a reutilização de bactérias: “Demonstramos, após vários usos, que os níveis de potência são mantidos.”
Os próximos passos da equipe de Binghamton: unificar a impressão de todos os componentes e desenvolver um sistema de gerenciamento de energia para otimizar o carregamento e o descarregamento – como uma célula solar. Para saber mais sobre o sistema acesse o site.
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