啤酒杯上造电池！美喷涂锂离子充电电池技术（图文）

此次制造的薄膜锂离子充电电池的截面。上为负极端，下为正极端。照片由莱斯大学Ajayan实验室提供。

 

　　美国莱斯大学（Rice University）的研究人员于2012年6月28日宣布，开发出了通过用喷涂工艺来制造大面积锂离子充电电池的技术。由于基材不受限制，因此“可在几乎所有物体的表面上形成电池”（莱斯大学）。相关论文已发表在7月28日发行的学术杂志《Nature》上。

在9块瓷砖上制造的锂离子充电电池，正中的一块瓷砖上装有太阳能电池，用该太阳能电池输出的电力为电池充电，点亮右上方的LED。照片由莱斯大学的Jeff Fitlow提供。

　　该锂离子充电电池由5层薄膜构成，全部采用喷涂工艺形成。第一层为正极的集电体（CC）层，由碳黑与常用的极性溶剂甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone）混合后再加入单层碳纳米管（SWNT）的材料构成。第二层为正极材料层，由钴酸锂与石墨粉末的混合材料构成。第三层为隔膜层，由聚偏氟乙烯（PVDF）类树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂（PMMA）、SiO2粉末的混合材料构成。第四层为负极材料层，由钛酸锂（LTO）与石墨粉末的混合材料构成。第五层为负极的CC层，由铜（Cu）粉分散于乙醇中的“涂料”构成。CC层以外的各层的厚度为100μm～150μm。


 

在啤酒杯上制造的电池示例

　　开发中难度最大的是隔膜层。最初开发的隔膜层耐久性较差，与正极的SWNT一接触就会损坏。最后通过在隔膜层中加入PMMA，大幅提高了耐久性。

　　研究人员以浴室使用的瓷砖、树脂薄膜、玻璃、不锈钢板、陶制啤酒杯等为基材进行了试制。其中，瓷砖上的试制品还配备了太阳能电池，将太阳能电池输出的电力存储到了在9块瓷砖上形成的电池中。结果表明，该试制品可使排列出“RICE”文字的LED串灯点亮6小时。

　　该锂离子充电池的开发人员之一、论文第一作者Neelam Singh表示，“以涂覆工艺制造的太阳能电池和此次的喷涂型锂离子充电电池是能源采集的最强组合”。