此次制造的薄膜鋰離子充電電池的截面。上為負(fù)極端，下為正極端。照片由萊斯大學(xué)Ajayan實(shí)驗(yàn)室提供。

美國(guó)萊斯大學(xué)（Rice University）的研究人員于2012年6月28日宣布，開(kāi)發(fā)出了通過(guò)用噴涂工藝來(lái)制造大面積鋰離子充電電池的技術(shù)。由于基材不受限制，因此“可在幾乎所有物體的表面上形成電池”（萊斯大學(xué)）。相關(guān)論文已發(fā)表在7月28日發(fā)行的學(xué)術(shù)雜志《Nature》上。

在9塊瓷磚上制造的鋰離子充電電池，正中的一塊瓷磚上裝有太陽(yáng)能電池，用該太陽(yáng)能電池輸出的電力為電池充電，點(diǎn)亮右上方的LED。照片由萊斯大學(xué)的Jeff Fitlow提供。

該鋰離子充電電池由5層薄膜構(gòu)成，全部采用噴涂工藝形成。第一層為正極的集電體（CC）層，由碳黑與常用的極性溶劑甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone）混合后再加入單層碳納米管（SWNT）的材料構(gòu)成。第二層為正極材料層，由鈷酸鋰與石墨粉末的混合材料構(gòu)成。第三層為隔膜層，由聚偏氟乙烯（PVDF）類(lèi)樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹(shù)脂（PMMA）、SiO2粉末的混合材料構(gòu)成。第四層為負(fù)極材料層，由鈦酸鋰（LTO）與石墨粉末的混合材料構(gòu)成。第五層為負(fù)極的CC層，由銅（Cu）粉分散于乙醇中的“涂料”構(gòu)成。CC層以外的各層的厚度為100μm～150μm。

在啤酒杯上制造的電池示例

開(kāi)發(fā)中難度最大的是隔膜層。最初開(kāi)發(fā)的隔膜層耐久性較差，與正極的SWNT一接觸就會(huì)損壞。最后通過(guò)在隔膜層中加入PMMA，大幅提高了耐久性。

研究人員以浴室使用的瓷磚、樹(shù)脂薄膜、玻璃、不銹鋼板、陶制啤酒杯等為基材進(jìn)行了試制。其中，瓷磚上的試制品還配備了太陽(yáng)能電池，將太陽(yáng)能電池輸出的電力存儲(chǔ)到了在9塊瓷磚上形成的電池中。結(jié)果表明，該試制品可使排列出“RICE”文字的LED串燈點(diǎn)亮6小時(shí)。

該鋰離子充電池的開(kāi)發(fā)人員之一、論文第一作者Neelam Singh表示，“以涂覆工藝制造的太陽(yáng)能電池和此次的噴涂型鋰離子充電電池是能源采集的最強(qiáng)組合”。