哈弗大学研发的3D打印微型锂电池

美国哈弗大学和伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校的研究人员们展示了他们采用3D打印技术制作的沙粒大小的锂离子微电池（左图），用于为过去那些因为找不到足够小的电池而无法启用的微型设备提供电源储备。这些微型设备将涉及从医学到通信等众多领域，比如一些医学植入物，类昆虫机器人，微型摄像头和麦克风等等。

制作微电池的关键在于微电极，哈弗大学和伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校的研究人员们所做的正是首次采用3D打印技术精确打印了比人类的头发还细的交织的微电池电极堆。他们的研究成果发表在学术期刊《先进材料》上。

没有引入3D打印之前，传统的制作微电池的方法是将固体材料沉积到薄膜上来建立电极，但这种办法由于其超薄的设计，往往无法储备足够量的能源来支持这些微型设备。而引入3D打印技术之后，科学家们发现他们可以将超细电极用紧凑的交织结构堆砌起来。于是他们设计了一系列的功能性墨水：含有各种化学和电学属性的墨水，并将这些墨水用在他们自制的3D打印机上，使他们的打印机能够制作包含电子，光学，机械学，或生物学相关属性的精确结构。

哈弗大学研发的3D打印微型锂电池

为了打印微电池，一台特质的3D打印机被用来挤出比人类头发还细的特制墨水。 通过层层打印，这些墨水固化形成电池的阳极（红色）和阴极（紫色）。这些电极再被放入一个含有电解质溶液的盒子（绿色）里，从而成为一个可用的微型电池。图片源： Ke Sun, Bok Yeop Ahn, Jennifer Lewis, Shen J. Dillon

为了打印3D微电极，他们首先制作和测试了一些特制墨水。这些为挤出式3D打印开发的墨水必需能够从比发丝还细的喷头处像挤牙膏一样被挤压出来，它们还必需能够在挤出后马上硬化成型，更重要的是，这些墨水还要是拥有电化学活性的材料才能被用作微电池的阴极和阳极。为了满足这些要求，科学家们分别制作了两种含有不同氧化锂成分的纳米颗粒的墨水来做微电池的阳极和阴极。 制作好的墨水被特制的3D打印机打印成微电极之后，再将这些电极放入一个装满电解液的微型容器中，一个微电池就制作好了（上图）。

在检测这些微型电池能够储存多少能量，能够输出多少能量，以及为它们充电需要多长时间时，科研人员表示：“（它们的）在电化学方面的表现，包括充放比率、使用周期和能量密度等，都和商用电池差不多。唯一的不同就是我们能够用小得多的体积来实现同样的功能。”

要带来变革了