美研制出可噴涂在物體表面的鋰離子電池

文/華 凌

據報道，美國萊斯大學研究人員開發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電池的組件。該研究發表在6月28日《自然》在線版上。

傳統的鋰離子電池把活性層包裝進筒式或其他便攜式容器里，而賴斯大學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備的可能性。

研究人員表示：“這意味著傳統包裝的電池已經讓位于更為靈活的方法，增加了各種新的存儲設備的設計和集成的可能性。最近以來，很多人有興趣用改進外形因素的方式創造新式電源，而這種噴涂電池朝這一方向前進了一大步。”

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。在最初的實驗中，將幾個基于浴室瓷磚的太陽能電池并聯連接，其可以把實驗室中的光轉換成電源。電池可單獨給一套發光二極管供電6個小時，同時電池提供了穩定的2.4伏電壓。研究報告稱，手涂電池在±10%的目標內，其性能顯示出一致性；在經過60次充放電循環后，其容量只有非常小的下降。

該研究團隊比較艱苦地用數個小時制定配方、混合和測試這種包含有5層結構的涂料，這些層面分別是兩個電流集電器、陰極、陽極和在中間分隔的聚合物。每一層都經過優化處理。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晶混合物；最后一層是負電流收集器，采用市售的導電銅漆，可用乙醇稀釋。

研究人員說：“最難的部分是實現機械穩定性和使分離器發揮關鍵的作用。研究發現，納米管和陰極層黏著得很好，而如果分隔器沒有機械穩定性，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。”

研究人員已經申請了技術專利，并打算繼續完善。他們正在積極尋找在露天更容易創造噴涂電池的電解質，并且他們還設想將這種電池設計成鎖扣式瓦片，以采用任何數量的方式配置瓷磚。