锂离子电池为应用范围数一数二广的储能技术，大多电动车与 3C 设备都运用锂电池来驱动，只不过目前产品设计都环绕着电池的尺寸、形状与重量发展，若要开发大型或是更轻便的设备，还是得取决于电池大小。美国杜克大学对此提出一项解决方案，有望利用 3D 打印技术来制造任何形状的电池。
市面的锂离子电池都有固定形状，像是电动车采用的 18650 就是圆柱形，手机电池多是方形设计。当制造商设计产品时，得先为电池留出空间，这就会限制设计师的想象了。
为了解决问题，不少机构开始将目光瞄准号称“什么都可以印”的 3D 打印技术。照理来说该技术可以打造出任何形状的物体，电池、结构与电子组件都可以一机搞定，然而 3D 打印使用的聚合物聚乳酸（PLA）并非离子导体，不具导电性，锂离子电池的电流技术难以用于打印技术。
因此杜克大学提出一项解决方案，在聚乳酸里注入乙基碳酸甲酯、碳酸丙烯酯和过氯酸锂混合物，有望提升离子导电率，且团队也在阴极、阳极添入石墨烯或多层壁纳米碳管，这样一来电池的导电率也可进一步提高。
虽然这些化学名词听起来很复杂，但团队指出，该技术可用低成本且广泛使用的 3D 打印技术达成，利用熔丝制造技术（fused filament fabrication，FFF）就可以完完整整地将锂离子电池打印成任何形状与尺寸。
团队也用此方法 3D 打印搭载锂离子电池的 LED 手环，其中锂电池可为手环的绿光 LED 提供 60 秒电力。研究员表示，初代 3D 打印电池的容量数量级还是比商用电池低，没办法跨越商业门坎，未来团队将尝试采用可印刷的浆料来取代聚乳酸。
杜克大学也不是唯一一个想到运用 3D 打印制造电池的机构，美国卡内基美隆大学也如火如荼开发 3D 打印电池技术，并认为他们的电极拥有多孔和通道优势，可大幅提升锂离子电池的容量。卡内基美隆大学机械工程副教授 Rahul Panat 表示，多孔结构能让大量锂离子穿透电极，有助于提升电极的使用率与电池储存容量。
目前该团队正在使用微晶格（microlattice）结构来提升电池容量和充放电速度，并利用美国 Optomec 的 Aerosol Jet 气溶胶喷射 3D 喷印技术来打印电池，除了可印出电阻器、电容、天线、传感器与薄膜晶体管等零件，还可以轻松调整数值，像是可以用印刷参数调整电阻器的奥姆数值，组件也可印刷到 3D 表面，不需要再建立独立基板，有望降低最终产品的尺寸、厚度与重量。
若这些技术顺利走出实验室、跨越商业化门坎，3D 电池打印技术将可在消费性电子产品、医疗与航天领域大放异彩，未来若要开发小型、轻便且可挠的可穿戴电子设备，就无须再烦忧电池的大小与形状。
关注最前沿的电子设计资讯，请关注“电子工程专辑微信公众号”
您可能感兴趣
