近日，美國(guo)杜克大(da)學(xue)與德(de)克薩斯(si)州立大(da)學(xue)的(de)研究人員們開發出(chu)一種幾乎(hu)可以3D打印任何(he)形狀的(de)鋰離(li)子電池(chi)的(de)新方法。

背景

鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池(chi)，是一種充電(dian)電(dian)池(chi)。它主要依靠鋰(li)離(li)(li)子在(zai)正極(ji)和(he)負(fu)極(ji)之間(jian)移動來工作。在(zai)充放電(dian)過(guo)程中，Li+ 在(zai)兩(liang)個電(dian)極(ji)之間(jian)往(wang)返嵌入(ru)和(he)脫嵌：充電(dian)時，Li+從(cong)正極(ji)脫嵌，經過(guo)電(dian)解質嵌入(ru)負(fu)極(ji)，負(fu)極(ji)處于(yu)富(fu)鋰(li)狀態;放電(dian)時則相反。

電動汽車(che)與大部分的電子設備，例(li)如手機與筆記本(ben)電腦，都是(shi)由鋰離(li)子電池供電的。

迄今為(wei)止，制造(zao)商們(men)必須(xu)根據市(shi)場上可(ke)買到的(de)鋰離子電池來設計他(ta)們(men)的(de)設備。

創新

然而(er)，科技(ji)創新(xin)改變了這一現(xian)狀。近日(ri)，美國杜克大學(xue)與德克薩斯州(zhou)立大學(xue)的研究人員們開發出一種幾乎可以3D打印任何形(xing)狀的鋰(li)離(li)子電池的新(xin)方(fang)法。

完全通過(guo)3D打印的含(han)有鋰離(li)子電池的LED手環

他們的研究成(cheng)果發表(biao)在(zai)美國(guo)化學會旗下的國(guo)際知名(ming)期(qi)刊《ACS Applied Energy Materials》上。

技術

目前，市場上大(da)多數的(de)鋰離子電(dian)池(chi)都是圓柱形或立方(fang)體形的(de)。因(yin)此，當制造(zao)商設計(ji)產品(pin)時(shi)，例(li)如設計(ji)一(yi)個(ge)手機，必(bi)須(xu)為(wei)電(dian)池(chi)預備特定的(de)尺寸與(yu)形狀，這樣會浪費空間并使(shi)設計(ji)方(fang)案(an)受限。

理論上(shang)講，3D打(da)印(yin)(yin)技(ji)術幾乎(hu)能(neng)以任(ren)何形(xing)狀(zhuang)，制(zhi)造出整個(ge)設備，包括電(dian)(dian)池(chi)和電(dian)(dian)子(zi)(zi)元件結構。然而(er)，3D打(da)印(yin)(yin)采(cai)用的(de)聚合物(wu)，例如聚乳酸 (PLA)，并不是離子(zi)(zi)導體，這成為了打(da)印(yin)(yin)電(dian)(dian)池(chi)的(de)主要障礙。 Christopher Reyes 、Benjamin Wiley 及(ji)其同事開發出一種工藝，能(neng)通(tong)過低成本的(de)3D打(da)印(yin)(yin)機來打(da)印(yin)(yin)鋰離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)。

研究人(ren)員通過加入(ru)電(dian)解質溶(rong)液，提升了(le)聚乳酸的(de)離(li)子導電(dian)性。此外，他們分別在負極(ji)(Anode)與正極(ji)(cathode)摻入(ru)了(le)石(shi)墨(mo)烯(xi)和多壁碳納米(mi)管。

價值

為了論證電池(chi)的性能(neng)，團隊3D打印(yin)了集(ji)成了鋰離子電池(chi)的LED手環。手環電池(chi)能(neng)為一盞(zhan)綠色LED燈供(gong)電達60秒。

未來

據研究(jiu)人員(yuan)稱(cheng)，第一代的(de)3D打(da)印的(de)電(dian)池的(de)容(rong)量比(bi)商用的(de)電(dian)池低兩個(ge)數量級。這(zhe)種容(rong)量太低，以至于這(zhe)種3D打(da)印的(de)電(dian)池無法(fa)實(shi)際應用。然而，研究(jiu)人員(yuan)稱(cheng)，他(ta)們已經有了幾(ji)個(ge)提升(sheng)容(rong)量的(de)想法(fa)，例如通過3D打(da)印的(de)面(mian)團來取代基于聚乳酸的(de)材料。

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