愛爾蘭科克大學：未來的電池將通過3D打印制造嗎？

來源：3D打印商情

導讀：該技術有望將體積更小、功能更強大的電池集成到產(chǎn)品中，并且可能在設計時考慮到回收利用。

鋰離子電池是我們21世紀生活方式的使能技術之一。這些能量包使移動電話和電動汽車、筆記本電腦和醫(yī)療保健設備、機器人和遠程操作的傳感器等成為可能。這并不奇怪，因為今年早些時候，他們的開發(fā)人員被授予諾貝爾化學獎。

但是材料科學家迫切需要更好的電池，用于物聯(lián)網(wǎng)以及下一代個人設備等等。更好的電池也將在儲存風能和太陽能等可再生但不穩(wěn)定的能源方面發(fā)揮重要作用。電池性能是眾多不同因素共同作用的結(jié)果。能量密度至關重要，保持電荷而不會泄漏的能力也一樣重要，還有就是充電次數(shù)——不僅一次，而是成千上萬次，當然，還有安全性。

電化學研究人員非常清楚這種平衡是多么微妙。因此，電池制造商對嘗試新方法持謹慎態(tài)度，以免造成性能下降，所以，電池性能增強通常是漸進的且微小的。電池從哪里可以獲得重大改進？

未來的電池將通過3D打印制造
答案五花八門，近日，愛爾蘭科克大學的Vladimir Egorov及一些同事宣布：未來的電池將通過3D打印制造。這些研究人員已經(jīng)研究了各種新的電池打印技術，并認為這將使新一代更小、更強大的設備成為可能。

3D打印可以成為進行測試的原型設計的一種方法，現(xiàn)在已經(jīng)可以打印出奇特的食品、替換的身體部位甚至整個建筑物。同時使用許多打印機還可以批量生產(chǎn)汽車及飛機零件，還有鞋子等物品。并且，當有新設計可用時，可以快速打印，而無需重新配置工廠空間。

材料科學家也已經(jīng)開始嘗試使用聚合物墨水和銀聚合物作為材料來打印電子電路，不再需要焊接。這樣，電路板可以呈現(xiàn)成任何形狀，甚至可以構成設備結(jié)構的一部分。

然而，一個明顯的限制是：需要納入常規(guī)電池，這些電池有特定的尺寸和形狀。打印3D電池的能力將改變這一點�！叭绻�可以打印它們并無縫地集成到產(chǎn)品設計中，那么，出于美觀以及舒適性或功能性的原因，在產(chǎn)品設計階段就不需要容納體積更大且固定尺寸的標準電池�！� Egorov說。

說起來容易做起來難。電池中使用的電活性材料具有固有的反應性，并且陽極和陰極等結(jié)構在物理上很復雜。它們通常必須像晶體一樣有序，有時必須像分子海綿一樣是多孔的，必須具有良好的化學特性。

要創(chuàng)造適合3D打印的材料，無論是通過擠壓固體或液體，還是通過液體聚合，都是具有挑戰(zhàn)性的。一旦打印，這些材料必須保持其電氣互連，嚴格控制組件之間發(fā)生的任何化學反，并確保電池可以在多個循環(huán)中進行充電和放電。

最重要的是，電池必須是安全的。所有電池都必須通過嚴格的安全標準，才能在家庭、車輛、飛機等中使用。泄漏的電池會造成昂貴的損壞，最嚴重的會引發(fā)火災�？赡艿脑�，必須更改測試標準，以允許不斷變化的新設計。

即使所有這些挑戰(zhàn)都可以克服，仍還有一個問題亟待解決：3D打印電池的功能能否超過現(xiàn)有設計？Egorov及他的團隊全面概述了電池行業(yè)在打印未來電源組時所面臨的材料、方法和挑戰(zhàn)。但是評論者錯過了未來電池設計的重要元素，即3D打印可以發(fā)揮重要作用。

電池行業(yè)面臨的最大也是最重要的挑戰(zhàn)之一是如何使其產(chǎn)品可回收利用。當今的電池經(jīng)過特殊設計，不容易拆解，所以重復使用它們所含的有價值的材料幾乎是不可能的。這對于一項在化石燃料向可再生能源社會過渡中發(fā)揮核心作用的技術而言并不理想。

因此，改革是非常必要的。目前的想法是，電池的設計必須從一開始就考慮到回收，而這將需要電池設計者全新的思維方式。3D打印所提供的靈活性有可能啟動和加速這場急需的革命。

盡管Egerov和他的同事的論文中忽略了這個問題——“回收”一詞在他們的論文中沒有出現(xiàn)，但這卻是電池行業(yè)的企業(yè)承當不起的問題。