新技術(shù)，未來電池可像牙膏一樣擠出來

    鋰電世界  如今的鋰電池，在蘋果等硬件公司的帶領(lǐng)下，潛能已被開發(fā)殆盡。作者采訪了施樂研究中心，研究者從擠牙膏的過程中獲得靈感，利用共同擠壓打印技術(shù)，由兩種材料和一種有機(jī)材料混合成糊劑。通過干燥基質(zhì)步驟使得大多數(shù)有機(jī)物的揮發(fā)，只留下一個固體負(fù)極。相比傳統(tǒng)電池，這種可反復(fù)擠壓的充電電池能儲存多1／5的能量。

    20世紀(jì)70年代，在施樂公司Palo Alto研究中心，研究者們慵懶的躺在豆袋上搗鼓著一些發(fā)明，而這些發(fā)明將會引發(fā)即將到來的信息科技革命。電腦鼠標(biāo)，圖標(biāo)，windows操作系統(tǒng)，以太網(wǎng)以及激光打印機(jī)都誕生在這里。今天，那些豆袋已不復(fù)存在，研究中心也在10年前被分離出來作為一個附屬機(jī)構(gòu)，但研究者們又一次進(jìn)行著打印方面的實(shí)驗(yàn)。這次，他們希望研發(fā)的科技能引發(fā)21世紀(jì)清潔能源領(lǐng)域的革命。

    帕洛阿爾托研究中心的硬件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室正在研發(fā)一種用于電動車的鋰離子電池，這種電池可比傳統(tǒng)電池多儲存20％的電量。制造能儲存更多電量的電池要求更大的負(fù)極以包含更多的鋰離子。然而，負(fù)極部分越厚，離子移動穿越的速度就越慢。這降低了電池的能量，導(dǎo)致加速緩慢。

    為了避免這種不利因素，帕洛阿爾托研究中心計(jì)劃使用兩種材料構(gòu)建負(fù)極：一種使用密集材料，以優(yōu)化存儲；另一種使用多孔材料，以加速電荷轉(zhuǎn)移。寬的存儲區(qū)域和窄的導(dǎo)電區(qū)域相交替，這樣就可以制造一個更大，能量更密集，但又不損失電量的電池。

    這種基本的概念在一段時(shí)間被人所接受。其技巧是制造足夠小的區(qū)域（存儲介質(zhì)大概為100微米寬，導(dǎo)體為10微米左右）。一個典型的電動車電池的負(fù)極需要上萬個這樣交錯的指狀物。要精確制造出這樣微小的結(jié)構(gòu)需要使用光刻技術(shù)，而這種技術(shù)成本高昂，不適合高速大量的制造大型電池。

    帕洛阿爾托研究中心的研究者給出的解決辦法從彩條牙膏中獲得靈感，這肯定會讓他們思想自由的前輩們印象深刻。該研究中心的新電池，由兩種材料和一種有機(jī)材料混合成糊劑，這種糊劑可被注入一個含有細(xì)小通道和管口的打印頭。打印頭再移動到一個金屬薄片上方，將糊劑條狀擠出，一條挨著一條排列，形成薄的條形列。

    在干燥糊劑基質(zhì)的過程中，大多數(shù)有機(jī)物揮發(fā)，只留下一個固體負(fù)極。相比其它負(fù)極只有一種物質(zhì)組成的同類電池，測試表明，這種可擠壓和反復(fù)充電的電池能儲存多1／5的能量。該實(shí)驗(yàn)室的老板Scott Elrod說，現(xiàn)在帕洛阿爾托研究中心正在討論怎樣與可能最終生產(chǎn)這些新電池的公司進(jìn)行合作測試。

    以這種方式打印電池負(fù)極只是一個開始。現(xiàn)在該中心正同一家美國政府機(jī)構(gòu)ARPA-E合作嘗試打印整節(jié)電池。ARPA-E是一家致力于創(chuàng)造先進(jìn)能源科技的機(jī)構(gòu)。打印整節(jié)電池要求5種糊劑——制造正負(fù)極各需要兩種，隔板一種。共同擠壓的方法也可以通過打印銀線（作用是將電流傳導(dǎo)出一塊電池）來提高太陽能電池的效率。和這種銀糊劑共同被擠出的是一種電池一經(jīng)加熱就會被燒盡的材料。結(jié)果是，這樣的線僅有20微米而非50微米。由于細(xì)線投下的陰影更小，所以更多的日光可照到電池上。

    以這種方式制造的太陽能板現(xiàn)已投入生產(chǎn)，Elrod也已把目光投向了燃料電池，超級電容（一種儲藏電量的新奇方式），甚至催化轉(zhuǎn)化器都成了共擠壓制造的合適材料。就像激光打印一樣，共同擠壓打印可能不會成為一個家喻戶曉的詞語，但是老帕洛阿爾托研究中心那種創(chuàng)新精神猶存，施樂公司肯定會為此高興。