西北大學（Northwestern University）的一個研究小組展示了一種非凡的新型發電方法，這種紙盒大小的裝置可以嵌套在土壤中，只要土壤中有碳，它就能獲取微生物分解泥土時產生的電能。

微生物燃料電池已有100 多年的發展歷史。它們的工作原理有點像電池，同樣有陽極、陰極和電解質，但不是從化學來源獲取電能，而是利用細菌在分解土壤時自然向附近的導體提供電子。

迄今為止，問題一直是如何在埋入泥土的同時保持水和氧氣的供應。聯合國大學校友兼計畫負責人比爾-顏（Bill Yen）說：「雖然MFC 作為一個概念已經存在了一個多世紀，但其不可靠的性能和低輸出功率阻礙了將其投入實際應用的努力，尤其是在低濕度條件下。”

設計將一個圓盤狀陽極置於底部，而垂直方向的陽極則探向表面Bill Yen/西北大學

因此，研究團隊開始著手設計幾種新的設計，目的是讓細胞能夠持續獲得氧氣和水–他們成功地設計出了一種形狀類似於垂直放置在水平圓盤上的墨盒的設計。圓盤狀的碳氈陽極水平放置在設備底部，深埋在土壤中，當微生物消化泥土時，它可以捕獲電子。

而導電金屬陰極則垂直放置在陽極的頂部。因此，底部埋得足夠深就可以從深層土壤中獲取水分，而頂部則與地表齊平。在電極的整個長度上都有一個通氣間隙，頂部的保護蓋可以防止灰塵和碎屑掉入，切斷陰極與氧氣的接觸。陰極的一部分也塗有防水材料，這樣當洪水氾濫時，仍有一部分疏水性陰極與氧氣接觸，以保持燃料電池的運作。

在測試中，這種設計在不同的土壤濕度條件下都能保持穩定的性能，從完全浸沒在水中到土壤中的含水量僅為41%的”有些乾燥”。平均而言，它所產生的電量是其板載濕度和觸摸檢測系統運作所需電量的68 倍，並能透過微型天線將資料傳輸到附近的基地台。

去除底部圓盤狀陽極的清潔和骯髒微生物燃料電池

與利用核廢料製造的光伏鑽石電池等其他超長期發電能源一樣，這裡產生的電量不足以驅動智慧型手機，更多的是被設計為為小型感測器供電，這些感測器可以長期運行，無需定期更換電池。

Yen說：『如果我們想像未來會有數萬億個這樣的設備，我們就不能用對環境有害的鋰、重金屬和毒素來製造每一個設備。我們需要找到能夠提供低能量的替代品，為分散的設備網絡供電。在尋找解決方案的過程中，我們想到了土壤微生物燃料電池，它利用特殊的微生物分解土壤，並利用這種低能量為感測器供電。只要土壤中有有機碳供微生物分解，燃料電池的工作就有可能永遠持續下去。”

對於希望監測各種土壤元素–水分、養分、污染物等–並採用技術驅動的精準農業方法的農民來說，這樣的感測器可能會非常方便。在你的莊園裡放上幾十個這樣的東西，它們就可以在未來幾年甚至幾十年裡產生數據。

實驗室土壤測試中的微生物燃料電池

據研究小組稱，也許最巧妙的地方在於，這種設計的所有組件都可以在五金店買到現成的。因此，這項研究與廣泛商業化之間不存在供應鏈或材料問題。

這項研究發表在《ACM 關於互動、行動、可穿戴和泛在科技的論文集》（Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies）雜誌上。