美国利用3D打印微电池解决微型设备动力问题

      【ppzhan摘要】随着社会的发展，在很多领域需要运用到微型设备。但现有的电池由于体积太大，如何为微型设备提供动力一直是一个难题。而近日，美国研发出用3D技术打印出沙粒大小的微电池，使这一问题迎刃而解。

       3D打印微电池可为从医药到通讯等多个领域的器件提供电能，也可为需要小型电池的实验室应用提供电能。

        为制作微电池，哈佛大学和伊利诺伊大学香槟分校的研究团队，打印了交错堆叠的微电池电极，每个电极比人类头发直径还小。

       近年来，工程师发明了许多小型设备，包括医疗植入物、类似昆虫的飞行机器人、可安装在眼镜上的微型摄像头和麦克风，但通常供电电池的体积与它们一样或者更大，限制了这些设备向更小尺寸发展。

      为了解决这个问题，制造商通常通过在固态材料上沉积薄膜来制作电极。但由于采用超薄设计，这些固态微电池不具有足够的能量来驱动下一代微型设备。    

      研究人员意识到，如果他们能制作成堆的紧密交错的超薄电极，就能产生更多的能量。为此，他们选用了3D打印技术，3D打印机依照计算机三维图纸，一层层连续沉淀“油墨”材料，从零开始制作出物理物体，就像叠加扑克牌一样。该技术可用于一系列领域，从牙科实验室生产牙冠到航空航天、汽车和消费品领域的快速成型。刘易斯集团公司大幅扩展了3D打印的能力，他们设计了可广泛使用的功能性油墨，该油墨具有一定用途的化学和电气性能。该公司利用这种油墨及*3D打印机，制作出具有电子、光学、机械或生物学属性的精密结构。

        为打印3D电极，刘易斯集团公司首先研制并测试了几种*油墨。与办公室喷墨打印机不同，喷墨打印机的墨水作为液滴在页面上干印出来。3D打印的油墨必须符合两个严格的要求，一是像牙膏一样能从细喷嘴中出来，二是可立即变硬成为终形状。这种情况下，油墨要具有类似电化学活性材料一样的功能以制作阳极和阴极，并迅速变硬成为很窄的层，同时达到与薄膜制造方法实现的窄度一样。为了实现这些目标，研究人员用锂金属氧化复合物的纳米粒子研制了一种用于电极的油墨。3D打印机把油墨沉积在两个金梳子的齿上，制作出紧密交错堆叠的阳极和阴极，然后研究人员将电极封装到一个小型容器内，再充满电解质溶液，从而制作出一个电池。