研究人員首次成功地打印出了一個完整的，盡管具有實驗性的，包括固態(tài)電解質的鋰離子電池。雖然以前使用3-D印刷技術生產電極，但伊利諾伊大學芝加哥工程學院的研究人員已經(jīng)使用高溫擠出印刷技術印刷了穩(wěn)定但靈活的固態(tài)電解質。他們在《先進材料》雜志上報告了他們的發(fā)現(xiàn)。

鋰離子電池通常用于家用和便攜式電子產品以及某些機動車中。它們通過電解質，其可以是液體或固體的功能通過從負極的鋰離子的移動，到正電極在放電過程中，然后在所述充電階段回來。

大量生產這些電池是費力且昂貴的過程。需要將分別制造的電極和電解質放在一起并放置在外殼內。需要一個可控的環(huán)境來避免污染，并且需要進行大量的涂層和修飾才能制成電池。在常規(guī)生產中，無法輕松更改電池尺寸，也無法修改單個電池以適合特定設備，因為這將需要將用于生產電池的機器重置為新規(guī)格。

3-D打印可以更快，更便宜地生產和定制電池，因為所有部件都可以一次打印在一起。在其中電極已進行3D打印的鋰離子電池中，傳統(tǒng)上生產的電解液總是隨后在單獨的步驟中添加。

在常規(guī)的固態(tài)電解質生產中，需要用在電解質生產中使用的各種涂層和溶劑來制備電池外殼，然后必須在后期生產步驟中將其蒸發(fā)掉。如果將電解質直接打印到成型的3D打印電池中，蒸發(fā)將導致電解質收縮并從電極上拉開。這可能會導致電池短路。用于確保電解質與外殼和電極良好接觸的涂層也很難裝入3D打印電池中。

為了解決這些問題，UIC工學院的副教授Reza Shahbazian-Yassar和機械與工業(yè)工程學助理教授Yayue Pan與其同事一起設計了一種獨特的3D打印機，該打印機可以在高溫下工作。與在室溫下進行的傳統(tǒng)擠出3-D打印相比，它可以在大約120攝氏度下擠出材料。他們的固態(tài)電解質墨水由含有二氧化鈦顆粒的聚合物基底組成，該二氧化鈦顆粒使其具有柔韌性和功能性。獨特的電解質墨水可以在打印時直接沉積到電池中。

UIC工程學院的研究生，該研究的主要作者孟成說：“高溫防止了生產后的收縮。” “我們的技術極大地提高了電解質的制備效率以及將其結合到電池中的效率。”

Shahbazian-Yassar的實驗性3D打印電池比使用傳統(tǒng)方法制造電解質的電池具有更高的充電/放電容量和更好的性能。Reza說：“高溫直接書寫和我們的專用墨水是3D打印鋰離子電池可行的概念證明。”