锂离子电池：二十一世纪生活方式的使能技术，诺贝尔化学奖得主的贡献

在21世纪，锂离子电池是我们生活方式中的“启用技术”。什么是“启用技术”技术？ 定义：启用技术是指可以从根本上改变用户能力或文化的发明或创新。最明显的特征是衍生技术通常会在不同领域迅速形成。这些能量包使手机，电动汽车，笔记本电脑，医疗设备，机器人和遥控传感器成为可能。也许并不奇怪，2019年诺贝尔化学奖的获胜者是锂离子电池开发商。 2019年诺贝尔化学奖获得了美国固体物理学家John ，英国化学家 和日本化学家Akira 在发明锂离子电池中的贡献。

材料科学家迫切需要更好的电池才能在物联网，下一代个人设备等中使用。存储太阳能和风能也需要更好的电池，从而使使用零化石燃料的社会成为可能。

电池的性能由许多不同的因素决定。能量密度至关重要，并且在不泄漏的情况下保持电荷的能力也很重要。成千上万的充电能力和安全性将影响电池性能。将化学能转换为电能的电化学设备非常清楚这种平衡行为的微妙程度。在尝试新方法以避免性能降解时，电池制造商非常谨慎。有什么更好的方法来改善电池吗？我们现在需要的重大改进可能来自哪里？

爱尔兰科克大学的弗拉基米尔·埃戈罗夫（ ）及其一些同事得到了一个答案：未来的电池将通过3D打印技术制造，这将使新一代较小，更强大的电池的出现。

3D打印是一种快速成型技术，也称为添加剂制造。这是一种使用粘合剂材料（例如粉末金属或塑料）的技术，通过基于数字模型文件的逐层打印来构造对象。 3D打印是各种技术的一般术语，可以通过一层添加材料来构建三维对象。这可能是一种设计测试原型，打印异国食品，更换身体部位甚至整个建筑物的方法。并行使用多个打印机可以大规模生产汽车，飞机零件和鞋子等物品。

材料科学家还开始尝试使用聚合物墨水和银色聚合物打印电子电路的方法，因此不再需要焊接。这样，电路板可以或多或少地占据任何形状，甚至可以构成设备结构的一部分。但是，一个重要的限制是需要应用特定的电池尺寸和形状。打印3D电池的能力将改变这一点。 “如果出于美学，舒适性或功能的原因，可以将它们无缝集成到产品设计中，那么在产品设计阶段，无需容纳更大的固定形状标准电池。”

但是，说起来容易做起来难。电池中使用的电活性材料本质上是反应性的，阳极和阴极等结构在物理上是复杂的。它们通常必须像晶体一样有序，有时必须像分子海绵一样多孔。他们必须始终具有良好的化学特性。无论是通过凝集固体或液体的挤出，还是通过液体的聚合，创建适合3D打印的材料都是一个挑战。印刷后，这些材料必须保持它们之间的电气连接，严格控制组件之间发生的任何化学反应，并确保可以在多个循环中充电并放电电池。

最重要的是，电池必须安全。所有电池都必须通过严格的安全标准，然后才能将其用于房屋，汽车，飞机等。电池泄漏会造成昂贵的损坏。但是最坏的风险是火。

即使所有这些挑战都可以克服，另一个问题也即将到来。 3D电池比现有设计更有效吗？ Andco全面概述了电池工业在打印未来电源包中面临的材料，方法和挑战。但是批评者忽略了未来电池设计中的重要因素，也就是说，3D打印可以发挥重要作用。

电池行业面临的最大，最重要的挑战之一就是使其产品可回收。当今的电池是专门设计的，因此不容易拆卸，因此几乎不可能重用它们所包含的有价值的材料。因此需要更改。当前的想法是，必须从设计的开头回收电池，这将需要全新的电池设计人员的心态。 3D打印允许的灵活性有可能引发和加速这一急需的革命。

3D打印技术已经非常成熟，并且已经成功地应用于多个字段，但是一些专家指出，使用3D技术生产锂离子电池可能不现实，并且更合适的是打印某些锂电池模型。 3D打印锂电池是否可行，让我们拭目以待！