原理
生物電池的陽極由嗜糖酶和介質組成，陰極由釋氧酶和介質組成，兩極都有一層玻璃紙隔離膜。陽極通過如下的酶氧化反應從糖（葡萄糖）中分解出電子和氫離子：
葡萄糖—>葡萄糖酸+ 2 H+ + 2e-
氫離子通過隔離膜流到陰極，氫離子和電子與空氣中的氧結合，生成水：
(1/2) O2 + 2 H+ + 2e- —> H2O
通過這一電化學反應過程，電子經過外圍電路，產生了電。
分類及工作方式
按反應場所的不同
1. 單步反應型生物電池，指利用生物體內的氧化還原物質發生氧化還原反應製成的生物電池。
2.多步反應型生物電池，指生物體外的氧化還原物質發生氧化還原反應製成的生物電池。
3.細胞型生物電池，指生物體細胞外的氧化還原物質發生氧化還原反應製成的生物電池。
它們的主要差別是反映場所不同。分別是“於生物體內”，“於生物體外”以及“與生物體細胞外”。
按生物催化劑的來源不同
微生物電池由陽極室和陰極室組成。有一個質子交換膜將兩極室分開。基本反應類型分為四步：
在微生物的作用下，燃料發生氧化反應，同時釋放出電子。
介體捕獲電子並將其運送至陽極。
電子經外電路抵達陰極，質子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。
氧氣在陽極接收電子，發生氧化還原反應。
陽極反應：C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e
陰極反應：6O2+24H++24e-→12H2O
酶電池
酶電池通常使用葡萄糖作為反應原料。反應原理如下：
葡萄糖在葡萄糖氧化酶（GOx）和輔酶的作用下失去電子被氧化成葡萄糖酸，電子由介體運送至陽極，在經外電路到陰極。雙氧水得到電子，並在做過的氧化酶的作用下還原成水。
陽極反應：葡萄糖→葡萄糖酸+2H++2e-
陰極反應：H2O2+2H++2e-→2H2O
電化學反應形式
生物電池工作時，是將燃料的化學能轉化為容易進行電化學反應的形式。有如下兩種方法：
一是用酶氧化燃料，所得的酶反應生成物再進行電極反應的方式（電子傳遞系統不配對的體系）
二是用具有輔酶的酶來氧化燃料，使在燃料氧化過程中結合而還原的輔酶再在電極上進行氧化的方式（電子傳遞系統配結的體系）。
普遍使用的以葡萄糖為燃料的酶電池是模仿線粒體的反應機構而製成的，線粒體是以葡萄糖為燃料的酶電池的理想模型。
優越性
生物電池研究與傳統的化學電池相比，生物電池具有操作上和功能上的優勢：1. 它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率。
2. 不同於現有的生物能處理，生物燃料電池能在常溫常壓甚至是低溫的環境條件下都能夠有效運作，電池維護成本低，安全性強。
3. 生物燃料電池不需要進行廢氣處理，因為它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳。
4. 生物燃料電池具有生物相容性，利用人體內的葡萄糖和氧為原料的生物燃料電池可以直接植入人體
5. 在缺乏電力基礎設施的局部地區，生物燃料電池具有廣泛套用的潛力。
主要成果
1. 增強電極酶固化和介質的技術
為有效地分解葡萄糖，陽極的酶和介質濃度必須很高，並依然具有活性。該技術使用了兩種聚合物來將這些組分附著到陽極上。兩種聚合物的電荷相反，因此在兩種聚合物之間產生的靜電感應可以讓酶和介質有效地附著到陽極上。為從葡萄糖中有效地分解出電子，離子平衡和固化過程被做了最佳化。
2.有效結合氧的陰極結構
陰極內的水分對確保為有效的酶促氧化作用提供最佳條件致關重要。生物電池用多孔碳作為電極，可以吸附固化酶和介質，兩個電極通過玻璃紙隔離開來。電極結構和固化過程的最佳化確保了適當的水分，增強了陰極的反應性。
3.為滿足生物電池的結構要求而進行的電極最佳化
在有關酶的研究中一般使用約0.1 M的磷酸緩衝液，不過生物電池中使用了濃度非常高的1.0 M緩衝液。這是因為人們已經發現，如此高的濃度可以有效地保持電極固化酶的活性。
4.測試電池將高能輸出和小巧外觀集為一身
高能、小巧的生物電池的測試電池，採用三種技術製造而成。生物電池不要求葡萄糖溶液或空氣的混合或對流，因為這是一種被動性電池，只通過為電池供應糖溶液來產生能量。方塊狀（每邊39毫米長）的電池可以產生50 mW的能量，這是全球相當體積的被動型生物電池所能輸出的最高能量。連線方塊狀的電池後，它可以為快閃記憶體式Walkman (NW-E407)播放器和一對被動型喇叭（無需外部電源）提供足夠的能量。生物電池的外包裝由植物塑膠（聚乳酸）製成，並設計成了生物電池的形狀。
技術規格
酶:葡萄糖脫氫酶和心肌酶(陽極)
膽紅素氧化酶(陰極)
介質:維生素 K3 和輔助因子NADH(陽極)
鐵氰化鉀(陰極)
電極:多孔碳
集電器：鈦網
隔離膜:玻璃紙
葡萄糖溶液：0.4 M葡萄糖加1.0 M磷酸鈣緩衝液，PH值7.0
最大輸出:連線1分鐘時1.5 mW/cm2 (0.3V, 5 mA/cm2)
OCV:0.8 V
生物測試電池的規格：
大小：39 (寬) x 39 (高) x 39 (長)毫米
體積：40 立方厘米 (不包括外包裝)
最大輸出：50 mW
用途
1、改善汽車的燃料結構。
使用生物燃料電池，1L糖類物質（葡萄糖等）的濃溶液氧化產生的電能可提供一輛中型汽車行駛25-30Km，如果汽車的油箱為50L的話，裝滿後可連續行駛1000Km而不需要再補充能源。這樣，一方面可以控制因化石燃料燃燒導致的空氣污染問題，另一方面還可避免因發生交通事故而引發的汽油起火燃燒甚至是爆炸。
2、污水處理
2005年，美國賓夕法尼亞大學的研究小組宣布，已成功研製一種新型的微生物電池。可以將未處理過的污水，通過微生物降解，轉變為清潔的水和電能。
3、在機器人套用中
2001年，英國西英格蘭大學的科學家們研製出了一種名為“Slugbot”的機器人，用於搜捕危害種植業的鼻涕蟲放在一容器中，在酶的作用下將其轉化為電能。
2000年美國南佛羅里達大學科學家研製出一種可使用肉類食物補充能量的機器人。這種機器人體內裝備一塊微生物燃料電池，為機器人運動和工作提供動力。
這種關於機器人的構想還有很多，比如在機器人體內安裝一塊微生物電池，讓機器人和人類一樣可以“吃飯”，並將“吃”下的食物（或富含能量的東西）通過微生物電池轉化成電能提供給機器人。這種技術主要被用於高擬態機器人（與人類有極高相似度的機器人）、野外探險機器人、和軍用機器人。
4、在航空航天上的套用
為處理密閉的宇宙飛船里太空人排出的尿液，美國宇航局設計了一種新型生物電池。用微生物中的芽孢桿菌來處理尿液，生成氨氣，以氨氣作為微生物電池的電極活性物質。這樣既處理了尿液，又得到了電能。一般在宇航條件下，平均每天可得到47瓦電力。
實例
人體電池
豚鼠內耳發電植入人體為體內設備提供能量支持。2005年，日本東北大學研究小組新開發出一種利用血液中的糖分發電的生物電池。這樣的生物電池可為植入糖尿病患者體內的測定血糖值的裝置提供充足電量、為心臟起搏器提供能量。2012年11月，在一項研究中，豚鼠的內耳被成功地轉化為生物電池，預示著類似技術很可能在人類身上成為現實。豚鼠的內耳結構與人類的非常相似。研究者將電極植入豚鼠的內耳中，成功地為連線電極的無線電發射器提供了電能。整個過程中，豚鼠的聽力未受到大的傷害。這是科學家首次能夠控制哺乳動物體內的電化學能，為在人類內耳中植入醫療感測器提供了新途徑。
“這項研究將使我們得以發展完全植入人體的電子設備(如帶有無線晶片的內耳感測器)，而不需要再植入傳統的電池，”麻省理工學院的電子工程師及計算機科學家在電子郵件中說，“這個系統將可以維持自身運轉。”
植入的電子設備能夠實時監測內耳的健康，還可指示其附近幾毫米之內的人體組織如頸動脈、面部神經和大腦顳葉的情況。Chandrakasan的合作者，哈佛大學的聽覺外科醫生斯坦科維奇(KonstantinaStankovic)稱，未來的感受器還可用於檢測兒童的聽力障礙，或者為士兵以及有聽力減弱風險的工人提供幫助。
糖電池
2013年1月，美國維吉尼亞理工大學研究小組開發出一種電池，以糖為能源提供電力，能量密度達到前所未有的水平，繼續發展有望替代傳統電池成為一種廉價的、可充電而且可生物降解的電池。
這種糖電池利用了一系列酶，這些酶以一種自然界沒有的方式組合在一起。科學家構造了一種非天然式的合成酶路徑，能從糖裡面獲取所有的電荷勢能，在一個小小的酶燃料電池中產生電流。傳統電池通常是用昂貴的鉑金作催化劑，這次用的是低成本的生物催化酶。然後，通過一種酶流注，我們能把糖溶液中的所有電荷緩慢地、一步步地釋放出來。
糖電池也是一種聯合燃料。研究人員用的是麥芽糊精和空氣產生電流和水，麥芽糊精是一種多聚糖，由澱粉部分水解形成，水是主要副產品。研究人員還指出，糖電池和氫燃料電池、直接的甲醇燃料電池不同，糖溶液燃料不會爆炸、燃燒，能量存儲密度更高。製造這種電池的酶和燃料還能生物降解。此外，糖電池還能再次充電。
糞便電池
英國和美國的科學家們正在研究利用糞便里的細菌做為新型生物能電池，為手機、平板計算機等電子產品提供穩定、耐久的電力來源。據悉，英國東安格利亞大學、倫敦大學以及美國的太平洋西北國家實驗室科學家們正在合作展開研究，探索糞便中希瓦氏菌細胞中電子交換的方式。領銜此次研究的科學家巴特(JuleaButt)教授表示，希瓦氏菌呼吸的時候會送出電荷。在合適的條件下，人類可以利用希瓦氏菌送出體外的電荷，做出小且耐用的電池。
