導(dǎo)讀：該技術(shù)有望將體積更小、功能更強(qiáng)大的電池集成到產(chǎn)品中，并且可能在設(shè)計時考慮到回收利用。

鋰離子電池是我們21世紀(jì)生活方式的使能技術(shù)之一。這些能量包使移動電話和電動汽車、筆記本電腦和醫(yī)療保健設(shè)備、機(jī)器人和遠(yuǎn)程操作的傳感器等成為可能。這并不奇怪，因為今年早些時候，他們的開發(fā)人員被授予諾貝爾化學(xué)獎。

但是材料科學(xué)家迫切需要更好的電池，用于物聯(lián)網(wǎng)以及下一代個人設(shè)備等等。更好的電池也將在儲存風(fēng)能和太陽能等可再生但不穩(wěn)定的能源方面發(fā)揮重要作用。

電池性能是眾多不同因素共同作用的結(jié)果。能量密度至關(guān)重要，保持電荷而不會泄漏的能力也一樣重要，還有就是充電次數(shù)——不僅一次，而是成千上萬次，當(dāng)然，還有安全性。

電化學(xué)研究人員非常清楚這種平衡是多么微妙。因此，電池制造商對嘗試新方法持謹(jǐn)慎態(tài)度，以免造成性能下降，所以，電池性能增強(qiáng)通常是漸進(jìn)的且微小的。電池從哪里可以獲得重大改進(jìn)？

答案五花八門，近日，愛爾蘭科克大學(xué)的Vladimir Egorov及一些同事宣布：未來的電池將通過3D打印制造。這些研究人員已經(jīng)研究了各種新的電池打印技術(shù)，并認(rèn)為這將使新一代更小、更強(qiáng)大的設(shè)備成為可能。

3D打印可以成為進(jìn)行測試的原型設(shè)計的一種方法，現(xiàn)在已經(jīng)可以打印出奇特的食品、替換的身體部位甚至整個建筑物。同時使用許多打印機(jī)還可以批量生產(chǎn)汽車及飛機(jī)零件，還有鞋子等物品。并且，當(dāng)有新設(shè)計可用時，可以快速打印，而無需重新配置工廠空間。

材料科學(xué)家也已經(jīng)開始嘗試使用聚合物墨水和銀聚合物作為材料來打印電子電路，不再需要焊接。這樣，電路板可以呈現(xiàn)成任何形狀，甚至可以構(gòu)成設(shè)備結(jié)構(gòu)的一部分。

然而，一個明顯的限制是：需要納入常規(guī)電池，這些電池有特定的尺寸和形狀。

打印3D電池的能力將改變這一點。“如果可以打印它們并無縫地集成到產(chǎn)品設(shè)計中，那么，出于美觀以及舒適性或功能性的原因，在產(chǎn)品設(shè)計階段就不需要容納體積更大且固定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)電池。” Egorov說。

說起來容易做起來難。電池中使用的電活性材料具有固有的反應(yīng)性，并且陽極和陰極等結(jié)構(gòu)在物理上很復(fù)雜。它們通常必須像晶體一樣有序，有時必須像分子海綿一樣是多孔的，必須具有良好的化學(xué)特性。

要創(chuàng)造適合3D打印的材料，無論是通過擠壓固體或液體，還是通過液體聚合，都是具有挑戰(zhàn)性的。一旦打印，這些材料必須保持其電氣互連，嚴(yán)格控制組件之間發(fā)生的任何化學(xué)反，并確保電池可以在多個循環(huán)中進(jìn)行充電和放電。

最重要的是，電池必須是安全的。所有電池都必須通過嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，才能在家庭、車輛、飛機(jī)等中使用。泄漏的電池會造成昂貴的損壞，最嚴(yán)重的會引發(fā)火災(zāi)。可能的話，必須更改測試標(biāo)準(zhǔn)，以允許不斷變化的新設(shè)計。

即使所有這些挑戰(zhàn)都可以克服，仍還有一個問題亟待解決：3D打印電池的功能能否超過現(xiàn)有設(shè)計？

Egorov及他的團(tuán)隊全面概述了電池行業(yè)在打印未來電源組時所面臨的材料、方法和挑戰(zhàn)。但是評論者錯過了未來電池設(shè)計的重要元素，即3D打印可以發(fā)揮重要作用。

電池行業(yè)面臨的最大也是最重要的挑戰(zhàn)之一是如何使其產(chǎn)品可回收利用。當(dāng)今的電池經(jīng)過特殊設(shè)計，不容易拆解，所以重復(fù)使用它們所含的有價值的材料幾乎是不可能的。

這對于一項在化石燃料向可再生能源社會過渡中發(fā)揮核心作用的技術(shù)而言并不理想。

因此，改革是非常必要的。目前的想法是，電池的設(shè)計必須從一開始就考慮到回收，而這將需要電池設(shè)計者全新的思維方式。3D打印所提供的靈活性有可能啟動和加速這場急需的革命。

盡管Egerov和他的同事的論文中忽略了這個問題——“回收”一詞在他們的論文中沒有出現(xiàn)，但這卻是電池行業(yè)的企業(yè)承當(dāng)不起的問題。