打印电池
2013-05-08   来源:中国能源报  浏览次数:

  帕洛阿尔托研究中心(PARC)的硬件系统实验室正在研发一种用于电动车的锂离子电池,这种电池可以比传统电池多储存20%的电量。

  也许你并熟悉PARC,但提到电脑鼠标、图标、windows操作系统、以太网以及激光打印机,都是与现代生活息息相关的。这些跨时代的发明都诞生在同一个地方,那就是美国施乐公司的PARC。在20世纪70年代,这些发明一步步引发了全球的信息科技革命。

  如今,PARC被分离出来作为一个附属机构,但是研究者们正在进行着一项打印方面的实验。他们希望研发的科技能引发21世纪清洁能源领域的一场革命。

  众所周知,制造能储存更多电量的电池要求更大的负极以包含更多的锂离子。然而,负极部分越厚,离子移动穿越的速度就越慢。这就降低了电池的能量,导致加速缓慢。

  为了避免这种不利因素,PARC计划使用两种材料构建负极:一种使用密集材料,以优化存储;另一种使用多孔材料,以加速电荷转移。较宽的存储区域和较窄的导电区域相交替,这样就可以制造一个储量更大,能量更密集,但又不损失电量的电池。

  这种设计理念一度受到追捧,其技巧需要制造一个足够小的区域:存储介质大概为100微米宽,导体为10微米左右。因此,一个典型的电动车电池的负极需要上万个这样交错的指状物。要精确制造出这样微小的结构需要使用光刻技术,而这种技术成本极高,不适合快速大量的投入生产。

  PARC的研究者从彩条牙膏中获得灵感,提出了一种解决办法。这种新的电池,由两种材料和一种有机材料混合成糊剂,这种糊剂可被注入一个含有细小通道和管口的打印头。打印头再移动到一个金属薄片上方,将糊剂以条状挤出,一条挨着一条排列,形成极薄的条形列。

  在干燥糊剂基质的过程中,大多数有机物挥发,只留下一个固体负极。相比其它负极只由一种物质组成的同类电池,通过测试,这种可挤压和反复充电的电池能多储存20%的能量。

  以这种方式打印电池负极只是一个开始。如今,PARC正同美国政府机构ARPA-E合作尝试打印整节电池。(ARPA-E是一家负责创造先进能源科技的官方机构)

  打印整节电池要求5种糊剂:制造正负极各需要两种,隔板一种。共同挤压的方法也可以通过打印银线(作用是将电流传导出一块电池)来提高太阳能电池的效率。和这种银线糊剂共同被挤出的是一种经过电池加热就会烧尽的材料。实验结果显示,这样的线仅有20微米。由于细线投下的阴影更小,所以更多的日光可照到电池上。

  以这种方式制造的太阳能板现已投入生产。同时,研究人员也将目光投向了燃料电池、超级电容,甚至是催化转化器,这些设备都是共挤压制造的合适材料。

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