但是材料科學(xué)家迫切需要更好的電池用于物聯(lián)網(wǎng)、下一代個(gè)人設(shè)備等等。更好的電池也將在存儲(chǔ)可再生能源中發(fā)揮主要作用，這些能源來自風(fēng)能和太陽(yáng)等可再生但不穩(wěn)定的能源。

電池性能是許多不同因素的結(jié)果，其中能量密度至關(guān)重要。保持電荷而不會(huì)泄漏的能力也很重要。然后就是充電性-不僅一次，而且成千上萬(wàn)次-當(dāng)然還有安全性是必不可少的。

電化學(xué)人員只非常清楚這種平衡行為有多精細(xì)。因此，電池制造商對(duì)嘗試新方法持謹(jǐn)慎態(tài)度，以免性能下降。因此，增強(qiáng)電池通常是漸進(jìn)的而且幅度很小。我們需要從哪里獲得重大改進(jìn)呢?

今天，我們得到了各種各樣的答案：愛爾蘭科克大學(xué)的Vladimir Egorov和一些同事說，未來的電池將通過3D打印制成。這些人調(diào)查了各種新的電池打印技術(shù)，并認(rèn)為這將使新一代更小，更強(qiáng)大的設(shè)備成為可能。

首先介紹一些背景。3D打印是各種技術(shù)的總稱，這些技術(shù)允許通過逐層添加材料來構(gòu)建三維對(duì)象。它可以成為進(jìn)行測(cè)試的原型設(shè)計(jì)的一種方法，更不用說奇特的食品，替換的身體部位甚至整個(gè)建筑物。并行使用許多印刷機(jī)可以批量生產(chǎn)汽車和飛機(jī)零件以及鞋子等物品。并且，當(dāng)有新設(shè)計(jì)可用時(shí)，可以快速打印，而無(wú)需重新配置工廠空間。

材料科學(xué)家也已經(jīng)開始嘗試使用聚合物墨水和銀聚合物作為跡線來印刷電子電路的方法，因此不再需要焊接。這樣，電路板可以或多或少地呈現(xiàn)任何形狀，甚至可以構(gòu)成設(shè)備結(jié)構(gòu)的一部分。

然而，明顯的限制是需要結(jié)合常規(guī)電池，其具有特定的尺寸和形狀。

打印3D電池的能力將改變這一點(diǎn)。“如果出于美觀以及舒適性或功能性的原因，如果可以印刷它們以無(wú)縫地集成到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，則在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就不必容納體積更大且固定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)電池，” Egorov and co。說。

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(yīng)性，并且陽(yáng)極和陰極等結(jié)構(gòu)在物理上很復(fù)雜。它們通常必須像晶體一樣被訂購(gòu)，有時(shí)必須像分子海綿一樣是多孔的。始終必須對(duì)它們進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)良好的表征。

通過固體或液體的擠出或液體的聚合，創(chuàng)建適合3D打印的這些材料的版本是具有挑戰(zhàn)性的。一旦印刷，這些材料必須保持其電氣互連，嚴(yán)格控制組件之間發(fā)生的任何化學(xué)反應(yīng)，并確保電池可以在多個(gè)循環(huán)中進(jìn)行充電和放電。

最重要的是，電池必須安全。所有電池都必須通過嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，才能在家庭，車輛，飛機(jī)等中使用。泄漏的電池會(huì)造成昂貴的損壞。但是最嚴(yán)重的危險(xiǎn)是火災(zāi)。可能必須更改測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以允許不斷變化的新設(shè)計(jì)。

即使所有這些挑戰(zhàn)都可以克服，但另一個(gè)問題迫在眉睫。3D電池的功能是否會(huì)超過現(xiàn)有設(shè)計(jì)?

Egorov and co全面概述了電池行業(yè)在打印未來的電源組時(shí)所面臨的材料，方法和挑戰(zhàn)。但是審閱者錯(cuò)過了未來電池設(shè)計(jì)的重要元素，因?yàn)?D打印可能會(huì)發(fā)揮重要作用。

電池行業(yè)面臨的最大也是最重要的挑戰(zhàn)之一是使其產(chǎn)品可回收。當(dāng)今的電池經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，因此不容易拆開，因此幾乎不可能再利用其中包含的寶貴材料。

對(duì)于在從化石燃料到可再生能源的社會(huì)過渡中必須發(fā)揮核心作用的技術(shù)而言，這并不理想。

因此，迫切需要進(jìn)行更改。當(dāng)前的想法是，必須從一開始就設(shè)計(jì)電池時(shí)要考慮回收問題，而這將需要電池設(shè)計(jì)者的全新思維。3D打印所具有的靈活性有可能啟動(dòng)并加速這一急需的革命。