據物理學家組織網6月18日報道，美國哈佛大學和伊利諾伊大學厄巴納—尚佩恩分校研究人員合作，開發出一種3D打印的鋰離子微電池，只有一粒沙子大小，而電化性能可媲美商用蓄電池。微電池可以為醫療、通訊等領域的微型設備，包括許多尚在實驗室里、缺乏小電池的發明提供足夠電力。相關論文在線發表于《先進材料》雜志上。


    近些年來，工程師們發明了許多微型設備，如醫用移植假體、飛行昆蟲機器人、與目鏡匹配的微型攝像機和麥克等。但給它們供電的電池往往比設備本身還要大，違背了設備微型化的初衷。如果用傳統的沉積薄膜法來制作電極，由于超薄設計，這些固態微電池儲存的電量很少，很難為設備提供足夠電力。如果能制造一種緊密交錯的、由多層平面堆疊而成的超薄電極，將能存儲更多電量。


    該項目由哈佛大學工程與應用科學學院漢斯約格·威斯仿生工程研究所教授詹尼弗·劉易斯領導。研究小組設計了一系列功能“墨水”，具有各種化學和電學性能。用這些墨水加上他們特制的3D打印機，能打印出具有電學、光學、化學或生物學相關性質的精密結構，從而大大拓寬了3D打印的應用范圍。


    為了打印微電極，他們開發并測試了幾種特殊的“墨水”，能像電化材料那樣，形成工作陽極和陰極，而且能像牙膏一樣擠出，打印完成后硬化成像薄膜一樣的薄層。他們用一種金屬鋰氧化物納米粒子制造了陽極墨水，用另一種材料制造了陰極墨水，形成一種微小的、陽極和陰極緊密交錯的多層堆疊結構，每層厚度比發絲還細。之后，把這些電極裝在微小容器中，充入電解液就完成了。


    研究人員還對微電池存儲和釋放的電量、充電時間進行了檢測。“在充放電率、循環壽命和電流強度方面，它們的電化性能可以和商用蓄電池媲美。我們只是把它縮小到了更小級別。”論文合著者、伊利諾伊大學材料科學與工程副教授辛·狄倫說。


    威斯研究所主任唐納德·因格貝爾說：“詹尼弗小組改革了微電池墨水的設計，極大拓寬了3D打印的實際應用領域，同時也為縮小各種設備帶來了新的可能。”