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，用于物聯網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——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，現在已經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，電路板可以呈現成任何形狀，甚至可以構成設備結構的一部分。

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品設計中，那么，出于美觀以及舒適性或功能性的原因，在產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)之一是如何使其產品可回收利用。當今的電池經過特殊設計，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，但這卻是電池行業(yè)的企業(yè)承當不起的問題。