美国海军研究实验室（NRL）生物分子科学与工程中心近日获得美国专利商标局（USPTO）授予的一项专利，涉及一种完全由太阳能和微生物驱动的自组装、自修复且独立的微生物光电化学太阳能电池。该专利名为“利用阳光和微生物发电的方法与装置”（Method and apparatus for generating electrical power using sunlight and microorganisms），专利号：US9531027。

太阳能微生物燃料电池（SMFC）是一种基于非半导体的系统，其核心原理是利用密封于燃料电池中的微生物消耗反应物（如葡萄糖）来产生电力，而反应物则由另一组微生物通过光合作用固定二氧化碳和水在燃料电池内部再生。这种相互依赖的共生关系使得电池能够在日光下持续发电长达数千小时，无需外部补充反应物。

NRL研究化学家Lenny Tender博士指出，自然光合系统（如树木和藻类）因具备自我修复能力而高度耐用。研究团队将光合生物与自组装、自我维持的微生物燃料电池（BMFC）相结合，旨在开发出耐用的光电化学太阳能电池。BMFC通过下侧水中的氧（氧化剂）氧化沉积物孔隙中的有机物质（燃料）产生电力，并通过外部电路连接到上侧水中的阴极。与开放的海洋基BMFC不同，SMFC设备无需依赖沉积物和海水的持续流动，而是循环利用封装单元内的有机物质来再生反应物。

当二氧化碳积聚且上侧水中氧气消耗时，浅海环境中的微生物加速繁殖，这些微生物利用太阳能将电极产物转化为葡萄糖和氧气，从而在电极反应中重新利用。SMFC将能量储存与电力输出相结合：阳光充足时，光合作用产生燃料和氧化剂，部分可立即用于发电；无阳光时，剩余部分积累供后续使用。这一过程无需电容器或电池存储设备。

SMFC可串联组成电堆以提升电压，理论上可为当前使用常规光伏电源的任何设备供电。然而，该技术仍需解决若干限制因素才能实现商业化。该专利的获得标志着微生物燃料电池领域的重要进展，为可持续能源技术提供了新思路。