美利用3D打印機制造出沙粒大小微電池
2013-06-20 10:01 來(lái)源：科技日報 責編：陳莎莎
- 摘要：
- 據物理學(xué)家組織網(wǎng)6月18日報道，美國哈佛大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)厄巴納—尚佩恩分校研究人員合作，開(kāi)發(fā)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(lǐng)域的微型設備，包括許多尚在實(shí)驗室里、缺乏小電池的發(fā)明提供足夠電力。
【CPP114】訊：據物理學(xué)家組織網(wǎng)6月18日報道，美國哈佛大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)厄巴納—尚佩恩分校研究人員合作，開(kāi)發(fā)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(lǐng)域的微型設備，包括許多尚在實(shí)驗室里、缺乏小電池的發(fā)明提供足夠電力。相關(guān)論文在線(xiàn)發(fā)表于《先進(jìn)材料》雜志上。
近些年來(lái)，工程師們發(fā)明了許多微型設備，如醫用移植假體、飛行昆蟲(chóng)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(lái)制作電極，由于超薄設計，這些固態(tài)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(xué)工程與應用科學(xué)學(xué)院漢斯約格·威斯仿生工程研究所教授詹尼弗·劉易斯領(lǐng)導。研究小組設計了一系列功能“墨水”，具有各種化學(xué)和電學(xué)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(xué)、光學(xué)、化學(xué)或生物學(xué)相關(guān)性質(zhì)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(kāi)發(fā)并測試了幾種特殊的“墨水”，能像電化材料那樣，形成工作陽(yáng)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(yáng)極墨水，用另一種材料制造了陰極墨水，形成一種微小的、陽(yáng)極和陰極緊密交錯的多層堆疊結構，每層厚度比發(fā)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(shí)間進(jìn)行了檢測。“在充放電率、循環(huán)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(zhù)者、伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程副教授辛·狄倫說(shuō)。
威斯研究所主任唐納德·因格貝爾說(shuō)：“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(shí)際應用領(lǐng)域，同時(shí)也為縮小各種設備帶來(lái)了新的可能。”
近些年來(lái)，工程師們發(fā)明了許多微型設備，如醫用移植假體、飛行昆蟲(chóng)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(lái)制作電極，由于超薄設計，這些固態(tài)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(xué)工程與應用科學(xué)學(xué)院漢斯約格·威斯仿生工程研究所教授詹尼弗·劉易斯領(lǐng)導。研究小組設計了一系列功能“墨水”，具有各種化學(xué)和電學(xué)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(xué)、光學(xué)、化學(xué)或生物學(xué)相關(guān)性質(zhì)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(kāi)發(fā)并測試了幾種特殊的“墨水”，能像電化材料那樣，形成工作陽(yáng)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(yáng)極墨水，用另一種材料制造了陰極墨水，形成一種微小的、陽(yáng)極和陰極緊密交錯的多層堆疊結構，每層厚度比發(fā)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(shí)間進(jìn)行了檢測。“在充放電率、循環(huán)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(zhù)者、伊利諾伊大學(xué)材料科學(xué)與工程副教授辛·狄倫說(shuō)。
威斯研究所主任唐納德·因格貝爾說(shuō)：“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(shí)際應用領(lǐng)域，同時(shí)也為縮小各種設備帶來(lái)了新的可能。”
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