美利用3D打印机制造出沙粒大小微电池

据物理学家组织网6月18日报道，美国哈佛大学和伊利诺伊大学厄巴纳尚佩恩分校研究人员合作，开发出一种3D打印的锂离子微电池，只有一粒沙子大小，而电化性能可媲美商用蓄电池。微电池可以为医疗、通讯等领域的微型设备，包括许多尚在实验室里、缺乏小电池的发明提供足够电力。相关论文在线发表于《先进材料》杂志上。

近些年来，工程师们发明了许多微型设备，如医用移植假体、飞行昆虫机器人、与目镜匹配的微型摄像机和麦克等。但给它们供电的电池往往比设备本身还要大，违背了设备微型化的初衷。如果用传统的沉积薄膜法来制作电极，由于超薄设计，这些固态微电池储存的电量很少，很难为设备提供足够电力。如果能制造一种紧密交错的、由多层平面堆叠而成的超薄电极，将能存储更多电量。

该项目由哈佛大学工程与应用科学学院汉斯约格威斯仿生工程研究所教授詹尼弗刘易斯领导。研究小组设计了一系列功能墨水，具有各种化学和电学性能。用这些墨水加上他们特制的3D打印机，能打印出具有电学、光学、化学或生物学相关性质的精密结构，从而大大拓宽了3D打印的应用范围。

为了打印微电极，他们开发并测试了几种特殊的墨水，能像电化材料那样，形成工作阳极和阴极，而且能像牙膏一样挤出，打印完成后硬化成像薄膜一样的薄层。他们用一种金属锂氧化物纳米粒子制造了阳极墨水，用另一种材料制造了阴极墨水，形成一种微小的、阳极和阴极紧密交错的多层堆叠结构，每层厚度比发丝还细。之后，把这些电极装在微小容器中，充入电解液就完成了。

研究人员还对微电池存储和释放的电量、充电时间进行了检测。在充放电率、循环寿命和电流强度方面，它们的电化性能可以和商用蓄电池媲美。我们只是把它缩小到了更小级别。论文合著者、伊利诺伊大学材料科学与工程副教授辛狄伦说。

威斯研究所主任唐纳德因格贝尔说：詹尼弗小组改革了微电池墨水的设计，极大拓宽了3D打印的实际应用领域，同时也为缩小各种设备带来了新的可能。（常丽君）