導讀
近日, 美國杜克大學與德克薩斯州立大學的研究人員們開發出一種幾乎可以3D列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極之間移動來工作. 在充放電過程中, Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌: 充電時, Li+從正極脫嵌, 經過電解質嵌入負極, 負極處於富鋰狀態; 放電時則相反.
電動汽車與大部分的電子設備, 例如手機與筆記型電腦, 都是由鋰離子電池供電的.
迄今為止, 製造商們必鬚根據市場上可買到的鋰離子電池來設計他們的設備.
創新
然而, 科技創新改變了這一現狀. 近日, 美國杜克大學與德克薩斯州立大學的研究人員們開發出一種幾乎可以3D列印任何形狀的鋰離子電池的新方法.
他們的研究成果發表在美國化學會旗下的國際知名期刊《ACS Applied Energy Materials》上.
技術
目前, 市場上大多數的鋰離子電池都是圓柱形或立方體形的. 因此, 當製造商設計產品時, 例如設計一個手機, 必須為電池預備特定的尺寸與形狀, 這樣會浪費空間並使設計方案受限.
理論上講, 3D列印技術幾乎能以任何形狀, 製造出整個設備, 包括電池和電子元件結構. 然而, 3D列印採用的聚合物, 例如聚乳酸 (PLA), 並不是離子導體, 這成為了列印電池的主要障礙. Christopher Reyes , Benjamin Wiley 及其同事開發出一種工藝, 能通過低成本的3D印表機來列印鋰離子電池.
研究人員通過加入電解質溶液, 提升了聚乳酸的離子導電性. 此外, 他們分別在負極 (Anode) 與正極 (cathode) 摻入了石墨烯和多壁碳納米管.
價值
為了論證電池的性能, 團隊3D列印了整合了鋰離子電池的LED手環. 手環電池能為一盞綠色LED燈供電達60秒.
未來
據研究人員稱, 第一代的3D列印的電池的容量比商用的電池低兩個數量級. 這種容量太低, 以至於這種3D列印的電池無法實際應用. 然而, 研究人員稱, 他們已經有了幾個提升容量的想法, 例如通過3D列印的麵糰來取代基於聚乳酸的材料.
