自定义3D打印机打印锂离子微滴定型

哈佛大学Wyss Institute和伊利诺伊州伊利诺伊州伊利诺伊州的研究团队首次展示了3D打印电池的能力。该图像示出了通过层印刷层的隔行扫描叠层，以产生微滴岩的工作阳极和阴极。

使用定制的3D打印机，一个研究人员的团队印刷锂离子微胶膜的一系列沙子的大小，打开了未来小型化医疗植入物的未来发展，紧凑型电子，小型机器人等。

波士顿，马萨诸塞州 - 3D打印现在可用于打印锂离子微滴漏的尺寸。印刷的微型乳仪可以向医学到通信的领域的微小设备供电，包括许多人在实验室长凳上徘徊，因为缺少足够小的电池足以适合装置，但提供足够的储存能量来为它们提供动力。

为了制作微侵犯物，一支位于哈佛大学的一支球队，伊利诺伊州伊利诺伊州伊利诺伊州的乌尔巴纳·香槟印刷精确隔行堆叠的小电池电极，每个小电池电极小于人类毛发的宽度。

“我们第一次展示我们第一次进行3D打印电池，我们以最严格的方式证明了它，”詹妮弗·刘易斯，博士说，这项研究的高级作者，谁也是HansjörgWyss哈佛工程和应用科学学院（SEA）的生物学启发工程学教授，以及哈佛大学的智慧生物学启发工程研究所的核心教师。刘易斯在伊利诺伊州伊利诺伊大学的伊利诺伊州立大学的职位上领先，与合作的沉迪尔顿合作，是一名材料科学与工程助理教授的合作。

结果发表于今天的先进材料的在线版本。

近年来，工程师发明了许多小型化器件，包括医疗植入物，飞行昆虫的机器人，以及适合一副眼镜​​的微小摄像机和麦克风。但是，动力的电池通常比设备本身大或大 - 这击败了建筑物的目的。

要创建微泡沫定制，一种定制的3D打印机通过比人头发更窄的喷嘴挤出特殊墨水。这些油墨凝固以创建电池的阳极（红色）和阴极（紫色），逐层。然后壳体（绿色）包围电极，并加入电解质溶液以产生工作微滴岩。

为了解决这个问题，制造商传统上沉积的固体材料薄膜以构建电极。然而，由于它们的超薄设计，这些固态微电池不会将足够的能量打包到明天的小型化装置。

科学家们意识到他们可以打包更多的能量，如果它们可以产生堆叠的紧密隔离，超薄电极，这是由飞机构成的。为此，它们转向3D打印。3D打印机遵循三维计算机图纸的说明，沉积连续的材料层 - 墨水 - 墨水 - 从地下构建物理对象，就像一次堆叠一块卡片。该技术用于各种领域，从生产牙科实验室的冠，以快速原型设计航空航天，汽车和消费品。刘易斯集团大大扩大了3D打印的能力。它们设计了各种功能性墨水 - 具有有用的化学和电气性能。它们使用了这些墨水与其定制的3D打印机，以创建精确的结构，其中包含它们所需的电子，光学，机械或生物学相关性能。

打印3D电极，刘易斯集团首先创建并测试了几种专业墨水。与办公室喷墨打印机中的墨水不同，这是润湿页面的液滴的液滴，为基于挤出的3D打印开发的墨水必须满足两个难度要求。它们必须从管中退出像牙膏等牙膏，并且必须立即硬化成最终形式。

在该视频中，3D打印机喷嘴比人类毛的3D打印机喷嘴沿着专用配制的“墨水”层划分为逐层，以从地下构建微滴落器的阳极。与办公室喷墨打印机中的墨水不同，这是作为液体液滴和一张纸的液滴，这些3D打印机墨水特殊配制起来，从管中从牙膏等牙膏离开喷嘴，然后将其硬化为窄，因为那些产生的层通过薄膜制造方法。此外，油墨含有锂金属氧化物化合物的纳米颗粒，其给阳极提供适当的电性能。(

在这种情况下，墨水还必须用作电化学活性材料以产生工作阳极和阴极，并且它们必须硬化成与通过薄膜制造方法产生的层窄的层。为了实现这些目标，研究人员为阳极的墨水带有一种锂金属氧化物化合物的纳米颗粒，以及来自另一个纳米颗粒的阴极的油墨。打印机将油墨存放在两个金梳子的齿上，形成一个紧密的阳极堆叠阳极和阴极。然后，研究人员将电极封装成微小的容器并用电解质溶液填充它以完成电池。

接下来，他们测量了多少能量可以包装到小电池中，他们可以提供多少力量，以及他们持有收费的时间。“电化学性能在充电和放电率，循环寿命和能量密度方面可与商业电池相媲美。狄龙说，我们只能以更小的规模实现这一目标。

“Jennifer的创新微滴乳墨水设计显着扩展了3D打印的实际用途，并同时开辟了所有类型的设备的外尿布，两种设备，都是医疗和非医疗的完全新的可能性。这是非常令人兴奋的，“Wyss创始唐纳德省唐纳德省的Wyss说道。

该工作得到了国家科学基金会和DOE能源前沿研究中心的能量转换中的轻质互动。除了刘易斯和狄龙之外，这篇论文还包括：伊利诺伊大学材料科学与工程研究生，伊利诺伊州厄巴纳 - 香槟，谁是领先作者;哈佛海的研究生滕唱威; Bok Yeop Ahn，Ph.D.，Wyss Institute和Seas的高级研究科学家;韩国先进科学与技术研究院，刘玉迅SEO，博士，刘易斯集团访问科学家。

出版物：柯太阳，等，“3D印刷锂电片锂离子微滴岩架构，”先进材料“，2013年6月17日; DOI：10.1002 / ADMA.201301036

图片：柯孙，邓唱伟，珍妮弗刘易斯，沉J. Dillon