圖：電子顯微鏡圖像顯示噴涂的鋰離子電池，是萊斯大學(xué)開(kāi)發(fā)的，呈現(xiàn)5層結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)源：萊斯大學(xué)
萊斯大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種鋰離子電池，幾乎可以涂在任何表面。
這種可充電電池是萊斯大學(xué)材料科學(xué)家普里克爾.阿杰延（Pulickel Ajayan）的實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造的，包含幾個(gè)噴涂層，各層都代表傳統(tǒng)電池的組件。這項(xiàng)研究發(fā)表在今天《自然》的網(wǎng)上開(kāi)放獲取期刊《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）上。
“這意味著，傳統(tǒng)包裝的電池已讓位于更靈活的方法，可實(shí)現(xiàn)各種新的設(shè)計(jì)，以及可能的集成，用于存儲(chǔ)設(shè)備，”阿杰延說(shuō)，他是萊斯大學(xué)本杰明?M.和瑪麗?格林伍德安德森研究機(jī)械工程和材料科學(xué)教授（Benjamin M. and Mary Greenwood Anderson Professor in Mechanical Engineering and Materials Science），也是化學(xué)教授。“最近一段時(shí)間，很多人都熱衷創(chuàng)造改進(jìn)外形因素的電源，這是在這一方向前進(jìn)了一大步。”
首席作者尼拉姆?辛格（Neelam Singh）是萊斯大學(xué)研究生，她的研究小組花數(shù)小時(shí)艱苦努力，制做、混合和測(cè)試涂料，用于各層組件，共五層，兩個(gè)電流收集器，一個(gè)陰極，一個(gè)陽(yáng)極，還有一個(gè)聚合物分隔層在中間。
圖：傳統(tǒng)鋰離子電池是把活性層包在活性碳罐或其他便攜式容器中。但是，萊斯大學(xué)的研究人員找到一種方法，可以把這些涂層涂到任何表面，這就開(kāi)辟了可能性，可以把這些表面變成存儲(chǔ)設(shè)備。圖片來(lái)源：萊斯大學(xué)
這些材料可以噴刷到陶瓷衛(wèi)浴瓷磚上，也可以噴到柔性聚合物，玻璃，不銹鋼，甚至啤酒杯上，可以看到它們與每種基板結(jié)合得有多好。
在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，9個(gè)浴室瓷磚為基礎(chǔ)的電池進(jìn)行并聯(lián)連接。一個(gè)電池上覆蓋著太陽(yáng)能電池，可以利用實(shí)驗(yàn)室白光發(fā)電。用太陽(yáng)能電池板和房里的電流完全充電后，只用這種電池就可以驅(qū)動(dòng)一組發(fā)光二極管，這組二極管拼寫出“萊斯”（RICE）字樣，可以亮六個(gè)小時(shí)；這種電池可以產(chǎn)生穩(wěn)定的2.4伏電壓。
圖：啤酒杯用作功能基板，用于可噴涂的電池，是萊斯大學(xué)開(kāi)發(fā)的。圖片來(lái)源：萊斯大學(xué)
研究人員報(bào)告說(shuō)，這種手噴電池性能相當(dāng)穩(wěn)定，與目標(biāo)的誤差在正負(fù)10％以內(nèi)。辛格說(shuō)，它們經(jīng)過(guò)60次充放電循環(huán)，只會(huì)有非常小的容量下降，。
每一層都是一種優(yōu)化的混合物。首先，正向電流收集器是一種混合物，混合了純化的單壁碳納米管與炭黑粒子，散布在N-甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone）中。第二是陰極，它包含鈷鋰氧化物，碳和超細(xì)石墨（UFG：ultrafine graphite）粉末，放在一種粘合劑溶液中。第三是聚合物隔膜涂層，屬于聚偏二氟乙烯（Kynar Flex）樹(shù)脂，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA：polymethyl methacrylate）和二氧化硅，分散在混合溶劑中。第四，陽(yáng)極混合了鋰鈦氧化物和超細(xì)晶粒（UFG），放在粘合劑中，最后一層是負(fù)電流收集器，是一種市售的導(dǎo)電銅漆，用乙醇稀釋。
“最難的地方是實(shí)現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定性，而分離器發(fā)揮了關(guān)鍵作用，”辛格說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)，納米管和陰極層結(jié)合得很牢固，但是如果分隔膜機(jī)械性能不穩(wěn)定，它們就會(huì)從基板剝離。添加聚甲基丙烯酸甲酯，就可適當(dāng)?shù)卣辰拥椒指裟ぁ?rdquo;一旦涂上，瓷磚和其他物品就會(huì)被注入電解液，然后就會(huì)封閉熱量，進(jìn)行充電。
辛格說(shuō)，這種電池很容易采用小型太陽(yáng)能電池充電。她預(yù)計(jì)，可以結(jié)合可噴涂電池與最近報(bào)道的太陽(yáng)能電池，以創(chuàng)造一種能量收集組合產(chǎn)品，這將是無(wú)與倫比的。她說(shuō)，因?yàn)槭謬婋姵剡@么好，因此，升級(jí)采用現(xiàn)代方法，會(huì)促進(jìn)它們實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。“噴涂已經(jīng)是一種工業(yè)工藝，所以很容易使這項(xiàng)技術(shù)融入產(chǎn)業(yè)，”辛格說(shuō)。
萊斯大學(xué)研究人員的這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了專利，他們將繼續(xù)完善。辛格說(shuō)，他們正在積極尋找一些電解質(zhì)，以便更容易露天創(chuàng)造電池，他們還設(shè)想，他們的電池用作整體粘著瓷磚，可以有許多種配置方式。
“我們確實(shí)認(rèn)為這會(huì)改變傳統(tǒng)規(guī)范，”她說(shuō)。
