美國(guó)杜克大學(xué)與德克薩斯州立大學(xué)的研究人員們開發(fā)出一種幾乎可以3D打印任何形狀的鋰離子電池的新方法。

背景

鋰離子電池，是一種充電電池。它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。

電動(dòng)汽車與大部分的電子設(shè)備，例如手機(jī)與筆記本電腦，都是由鋰離子電池供電的。

迄今為止，制造商們必須根據(jù)市場(chǎng)上可買到的鋰離子電池來設(shè)計(jì)他們的設(shè)備。

創(chuàng)新

然而，科技創(chuàng)新改變了這一現(xiàn)狀。近日，美國(guó)杜克大學(xué)與德克薩斯州立大學(xué)的研究人員們開發(fā)出一種幾乎可以3D打印任何形狀的鋰離子電池的新方法。

完全通過3D打印的含有鋰離子電池的LED手環(huán)

他們的研究成果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)旗下的國(guó)際知名期刊《ACSAppliedEnergyMaterials》上。

技術(shù)

目前，市場(chǎng)上大多數(shù)的鋰離子電池都是圓柱形或立方體形的。因此，當(dāng)制造商設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，例如設(shè)計(jì)一個(gè)手機(jī)，必須為電池預(yù)備特定的尺寸與形狀，這樣會(huì)浪費(fèi)空間并使設(shè)計(jì)方案受限。

理論上講，3D打印技術(shù)幾乎能以任何形狀，制造出整個(gè)設(shè)備，包括電池和電子元件結(jié)構(gòu)。然而，3D打印采用的聚合物，例如聚乳酸(PLA)，并不是離子導(dǎo)體，這成為了打印電池的主要障礙。ChristopherReyes、BenjaminWiley及其同事開發(fā)出一種工藝，能通過低成本的3D打印機(jī)來打印鋰離子電池。

研究人員通過加入電解質(zhì)溶液，提升了聚乳酸的離子導(dǎo)電性。此外，他們分別在負(fù)極（Anode）與正極（cathode）摻入了石墨烯和多壁碳納米管。

價(jià)值

為了論證電池的性能，團(tuán)隊(duì)3D打印了集成了鋰離子電池的LED手環(huán)。手環(huán)電池能為一盞綠色LED燈供電達(dá)60秒。

未來

據(jù)研究人員稱，第一代的3D打印的電池的容量比商用的電池低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這種容量太低，以至于這種3D打印的電池?zé)o法實(shí)際應(yīng)用。然而，研究人員稱，他們已經(jīng)有了幾個(gè)提升容量的想法，例如通過3D打印的面團(tuán)來取代基于聚乳酸的材料。