Khác với pin tích trữ năng lượng hóa học, pin nhiên liệu thông thường chuyển đổi nhiên liệu như hydro hoặc metanol thành điện năng. Pin nhiên liệu sinh học đã được phát triển từ những năm 1960, dựa vào nguyên lý tương tự ngoại trừ việc sử dụng các enzym sinh học để biến đổi đường glucô thành điện bên trong cơ thể.

Tuy nhiên, một số rào cản kỹ thuật đã làm giảm hiệu suất pin nhiên liệu. Một trong những thách thức đó là “cố định” enzym chuyển đổi nhiên liệu thành điện và làm cho nó dính vào các điện cực của pin nhiên liệu chứ không lan tỏa khắp tế bào.

Khó khăn nữa là duy trì khả năng hoạt động của enzym này trong thời gian dài. GS. Gordon Wallace, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Thách thức này là do các điện cực giống như thiết bị được cấy vào cơ thể, có xu hướng bị hỏng hóc và hiệu suất giảm nhanh theo thời gian”. Do đó, mật độ năng lượng của pin thấp ở mức vài miliwat trên mỗi cm2 và tuổi thọ pin chỉ vài ngày nên không hiệu quả cho sử dụng thực tế.

Để khắc phục những hạn chế trên, nhóm nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng các ống nano các bon, đó là các hình trụ nhỏ được làm từ những chuỗi nguyên tử các bon dài liên kết với nhau. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng ống nano các bon đa vách dạng “sợi” để tạo nên cấu trúc vi mô cho pin nhiên liệu.

GS. Wallace nói: “Điều này tạo môi trường ổn định cho các enzym và môi trường ngăn chặn các yếu tố gây nhiễm độc enzym, làm giảm hiệu suất của pin theo thời gian”. Kết quả cuối cùng cho ra đời pin nhiên liệu sinh học có tuổi thọ dài và mật độ năng lượng cao hơn với 2,2 miliwatt mỗi cm2.

Các nhà nghiên cứu đang đặt mục tiêu tăng hiệu suất và tuổi thọ của pin nhiên liệu sinh học để có thể cung cấp cho một loạt các mô cấy y sinh.