啤酒杯上造電池！美噴涂鋰離子充電電池技術(shù)（圖文）

此次制造的薄膜鋰離子充電電池的截面。上為負(fù)極端，下為正極端。照片由萊斯大學(xué)Ajayan實(shí)驗(yàn)室提供。

美國萊斯大學(xué)（Rice University）的研究人員于2012年6月28日宣布，開發(fā)出了通過用噴涂工藝來制造大面積鋰離子充電電池的技術(shù)。由于基材不受限制，因此“可在幾乎所有物體的表面上形成電池”（萊斯大學(xué)）。相關(guān)論文已發(fā)表在7月28日發(fā)行的學(xué)術(shù)雜志《Nature》上。

在9塊瓷磚上制造的鋰離子充電電池，正中的一塊瓷磚上裝有太陽能電池，用該太陽能電池輸出的電力為電池充電，點(diǎn)亮右上方的LED。照片由萊斯大學(xué)的Jeff Fitlow提供。

該鋰離子充電電池由5層薄膜構(gòu)成，全部采用噴涂工藝形成。第一層為正極的集電體（CC）層，由碳黑與常用的極性溶劑甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone）混合后再加入單層碳納米管（SWNT）的材料構(gòu)成。第二層為正極材料層，由鈷酸鋰與石墨粉末的混合材料構(gòu)成。第三層為隔膜層，由聚偏氟乙烯（PVDF）類樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂（PMMA）、SiO2粉末的混合材料構(gòu)成。第四層為負(fù)極材料層，由鈦酸鋰（LTO）與石墨粉末的混合材料構(gòu)成。第五層為負(fù)極的CC層，由銅（Cu）粉分散于乙醇中的“涂料”構(gòu)成。CC層以外的各層的厚度為100μm～150μm。

在啤酒杯上制造的電池示例

開發(fā)中難度最大的是隔膜層。最初開發(fā)的隔膜層耐久性較差，與正極的SWNT一接觸就會損壞。最后通過在隔膜層中加入PMMA，大幅提高了耐久性。

研究人員以浴室使用的瓷磚、樹脂薄膜、玻璃、不銹鋼板、陶制啤酒杯等為基材進(jìn)行了試制。其中，瓷磚上的試制品還配備了太陽能電池，將太陽能電池輸出的電力存儲到了在9塊瓷磚上形成的電池中。結(jié)果表明，該試制品可使排列出“RICE”文字的LED串燈點(diǎn)亮6小時。

該鋰離子充電池的開發(fā)人員之一、論文第一作者Neelam Singh表示，“以涂覆工藝制造的太陽能電池和此次的噴涂型鋰離子充電電池是能源采集的最強(qiáng)組合”。