鋰電池不夠小不夠強的問題，借助3D打印來解決

來源：中關村在線

二十一世紀，鋰離子電池是我們生活方式的一項“使能技術”。什么是“使能技術”技術？維基百科的定義：使能技術是指能夠對用戶的能力或文化產(chǎn)生根本性變化的發(fā)明或創(chuàng)新，其最明顯的特征是一般會在不同領域快速形成衍生技術。這些能量包使移動電話、電動汽車、筆記本電腦、醫(yī)療設備、機器人和遙控傳感器等都成為可能。也許并不奇怪，2019年諾貝爾化學獎的獲得者正是鋰離子電池開發(fā)人員。2019年諾貝爾化學獎授予美國固體物理學家約翰·巴尼斯特·古迪納夫、英國化學家斯坦利·威廷漢和日本化學家吉野彰，以表彰他們發(fā)明鋰離子電池方面做出的貢獻。

材料科學家迫切需要更好的電池，用于物聯(lián)網(wǎng)、下一代個人設備等。更好的電池也將被要求用于存儲太陽能和風能，從而讓構建一個零化石燃料使用的社會成為可能。

電池性能的好壞是由許多不同因素決定的，能量密度是至關重要的，保持電荷而不泄漏的能力也很重要，成千上萬次的充電能力以及安全性等都會影響電池性能。能將化學能轉化為電能的電化學裝置非常清楚這種平衡行為是多么微妙。電池制造商在嘗試新方法時非常謹慎，以免造成性能下降。還有更好的改善電池的方法嗎？現(xiàn)在我們需要的大改進可能來自哪里呢？

愛爾蘭科克大學的弗拉基米爾埃戈羅夫（Vladimir Egorov）和他的一些同事得到了一個答案：未來的電池將通過3D打印技術制造，3D打印將使新一代更小、更強大的電池的出現(xiàn)成為可能。

3D打印即快速成型技術的一種，又稱增材制造，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印是各種技術的總稱，這些技術允許通過逐層添加材質來構建三維對象。它可以成為一種設計測試原型的方法，可以打印異國情調(diào)的食物，替換身體部位，甚至整個建筑物。并行使用多臺打印機，可以大規(guī)模生產(chǎn)汽車、飛機零件和鞋子等物品。

材料科學家也開始嘗試用聚合物墨水和銀聚合物來打印電子線路的方法，因此不再需要焊接。這樣，電路板就可以或多或少地呈現(xiàn)出任何形狀，甚至可以構成設備結構的一部分。然而，一個重要的限制是需要應用特定的尺寸和形狀的電池。打印3D電池的能力將改變這一點。Egorov和co說：“如果為了美觀、舒適或功能性的原因，可以將它們無縫集成到產(chǎn)品設計中，那么在產(chǎn)品設計階段就不需要容納體積更大、形狀固定的標準電池。”。

然而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，陽極和陰極等結構在物理上是復雜的。它們通常必須像晶體一樣有序，有時像分子海綿一樣多孔。它們必須始終具有良好的化學特性。無論是通過固體或液體的擠壓，還是通過液體的聚合，創(chuàng)建適合3D打印的這些材料都是一項挑戰(zhàn)。一旦打印出來，這些材料必須保持它們之間的電氣連接，嚴格控制組件之間發(fā)生的任何化學反應，并確保電池可以在多個周期內(nèi)充放電。

最重要的是，電池必須是安全的。所有的電池都必須通過嚴格的安全標準，才能用于家庭、汽車、飛機等。電池泄漏會造成昂貴的損壞。但最嚴重的風險是火災。

即使所有這些挑戰(zhàn)都能克服，另一個問題也迫在眉睫。3D電池會比現(xiàn)有的設計更有效嗎？Egorov和co全面概述了電池行業(yè)在打印未來電源組方面所面臨的材料、方法和挑戰(zhàn)問題。但評論家們忽略了未來電池設計中的一個重要元素，即3D打印可以發(fā)揮重要作用。

電池行業(yè)面臨的最大和最重要的挑戰(zhàn)之一是使其產(chǎn)品可回收利用。今天的電池是專門設計的，所以它們不容易被拆開，所以再利用它們所含的有價值的材料幾乎是不可能的。所以很需要改變。目前的想法是，電池必須從設計開始就考慮到回收利用，這將需要電池設計師具有一個全新的思維態(tài)勢。3D打印允許的靈活性有可能啟動并加速這一急需的革命。

3D打印技術已經(jīng)很成熟，成功的應用于多個領域，但一些專家指出，用3D技術用來生產(chǎn)鋰離子電池或許不太現(xiàn)實，用來打印一些鋰電池模型或許更為合適。3D打印鋰電池是否可行，讓我們拭目以待！