鋰離子電池還不夠小不夠強 3D打印是處理之道嗎？

Technology Review(《技術概覽》)2019年12月22日刊發文章，談到了3D打印鋰離子電池的問題。文中指出3D打印技術將實現產品集成更小、更強大的電池，同時在設計是也將考慮到回收利用。

二十一世紀，鋰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萌生根本性變化的發明或創新，其最分明的特征是一般會在不同范疇快速形成衍生技術。這些能量包使移動電話、電動車、筆記本電腦、醫療設備、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電池開發人員。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（John B。 Goodenough）、英國化學家斯坦利·威廷漢（Stanley Whittingham）和日本化學家吉野彰（Akira Yoshino），以表彰他們發明鋰電池方面做出的貢獻。

材料科學家急切需要更好的電池，用于物聯網、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，能量密度是至關緊要的，保持電荷而不泄漏的能力也很緊要，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辦法時非常謹慎，以免造成性能下降。還有更好的改善電池的辦法嗎？今朝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：將來的電池將通過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，這些技術準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探測原型的辦法，可以打印異國情調的食物，替換身體部位，甚至整個建筑物。并行使用多臺打印機，可以大規模加工汽車、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辦法，因此不再需要焊接。這樣，電路板就可以或多或少地呈現出任何形狀，甚至可以構成設備結構的一部分。然而，一個緊要的限制是需要使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、舒適或功能性的原由，可以將它們無縫集成到產品設計中，那么在產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。它們通常非得像晶體一樣有序，有時像分子海綿一樣多孔。它們非得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，創建適合3D打印的這些材料都是一項挑戰。一旦打印出來，這些材料非得保持它們之間的電氣連接，嚴格控制組件之間發生的任何化學反應，并確保電池可以在多個周期內充放電。

最緊要的是，電池非得是安全的。所有的電池都非得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。

即使所有這些挑戰都能克服，另一個問題也迫在眉睫。3D電池會比現有的設計更有效嗎？Egorov和co全面概述了電池行業在打印將來電源組方面所面臨的材料、辦法和挑戰問題。但評論家們忽略了將來電池設計中的一個緊要元素，即3D打印可以發揮緊要作用。

電池行業面臨的最大和最緊要的挑戰之一是使其產品可回收利用。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，電池非得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勢。3D打印準許的靈活性有可能啟動并加速這一急需的革命。

3D打印技術已經很成熟，成功的使用于多個范疇，但一些專家指出，用3D技術用來加工鋰電池或許不太實際，用來打印一些鋰離子電池模型或許更為適宜。3D打印鋰離子電池是不是可行，讓我們拭目以待！

原標題:鋰離子電池還不夠小不夠強，要沖破瓶頸，3D打印是處理之道嗎？

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