美研制出可噴涂在物體表面的鋰離子電池

文/華 凌

據(jù)報(bào)道，美國萊斯大學(xué)研究人員開發(fā)出一種幾乎可以噴涂在任何物體表面上的鋰離子電池。這種可充電電池組成的噴漆，每一層都代表著傳統(tǒng)電池的組件。該研究發(fā)表在6月28日《自然》在線版上。

傳統(tǒng)的鋰離子電池把活性層包裝進(jìn)筒式或其他便攜式容器里，而賴斯大學(xué)的研究人員找到一種方法可將其涂到任何物體表面之上，從而開啟了可以把物體表面變成存儲設(shè)備的可能性。

研究人員表示：“這意味著傳統(tǒng)包裝的電池已經(jīng)讓位于更為靈活的方法，增加了各種新的存儲設(shè)備的設(shè)計(jì)和集成的可能性。最近以來，很多人有興趣用改進(jìn)外形因素的方式創(chuàng)造新式電源，而這種噴涂電池朝這一方向前進(jìn)了一大步?！?/p>

該材料可以噴刷到浴室的陶瓷磚、柔性聚合物、玻璃、不銹鋼甚至啤酒杯上。在最初的實(shí)驗(yàn)中，將幾個(gè)基于浴室瓷磚的太陽能電池并聯(lián)連接，其可以把實(shí)驗(yàn)室中的光轉(zhuǎn)換成電源。電池可單獨(dú)給一套發(fā)光二極管供電6個(gè)小時(shí)，同時(shí)電池提供了穩(wěn)定的2.4伏電壓。研究報(bào)告稱，手涂電池在±10%的目標(biāo)內(nèi)，其性能顯示出一致性；在經(jīng)過60次充放電循環(huán)后，其容量只有非常小的下降。

該研究團(tuán)隊(duì)比較艱苦地用數(shù)個(gè)小時(shí)制定配方、混合和測試這種包含有5層結(jié)構(gòu)的涂料，這些層面分別是兩個(gè)電流集電器、陰極、陽極和在中間分隔的聚合物。每一層都經(jīng)過優(yōu)化處理。一是正電流收集器是一種純化的單壁碳納米管與炭黑粒子分散于N-甲基吡咯烷酮的混合物；二是陰極中包含鈷酸鋰、碳和超細(xì)石墨（UFG）粉末黏合劑；三是Kynar Flex樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和二氧化硅聚合物分離涂料分散混合在溶劑中；四是陽極里含有鋰鈦氧化物和黏合劑中的超細(xì)晶混合物；最后一層是負(fù)電流收集器，采用市售的導(dǎo)電銅漆，可用乙醇稀釋。

研究人員說：“最難的部分是實(shí)現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定性和使分離器發(fā)揮關(guān)鍵的作用。研究發(fā)現(xiàn)，納米管和陰極層黏著得很好，而如果分隔器沒有機(jī)械穩(wěn)定性，將會剝離基板。添加PMMA可以給予分離器正向的附著力。一旦經(jīng)過噴涂，瓷磚和其他物品被注入電解液，熱封后會帶電。”

研究人員已經(jīng)申請了技術(shù)專利，并打算繼續(xù)完善。他們正在積極尋找在露天更容易創(chuàng)造噴涂電池的電解質(zhì)，并且他們還設(shè)想將這種電池設(shè)計(jì)成鎖扣式瓦片，以采用任何數(shù)量的方式配置瓷磚。