科學(xué)家發(fā)明3D打印燃料電池用墨水

    鋰電世界  近日，在波士頓舉行的材料研究學(xué)會(huì)秋季會(huì)議上，美國(guó)西北大學(xué)的科學(xué)家指出，用3D打印機(jī)制作陶瓷燃料電池將會(huì)更加迅速、簡(jiǎn)單，這種燃料電池設(shè)計(jì)可以更高效地把一種氣體轉(zhuǎn)化成電能。

    西北大學(xué)材料科學(xué)與工程系助理教授Ramille Shah開(kāi)發(fā)出了應(yīng)用在3D打印機(jī)上的新型墨水，這種墨水可用于制造固體氧化物燃料電池中的各種元件：陰極、陽(yáng)極、電解質(zhì)、連接體。

    這種墨水由陶瓷顆粒(含量為70%-90%)、粘合劑和各種蒸發(fā)速度不同的溶劑混合而成。例如，用于打印電解質(zhì)的墨水是由釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)顆粒制成，而陽(yáng)極是由釔穩(wěn)定氧化鋯加氧化鎳制成。

    當(dāng)打印機(jī)用一種墨打印出一條線時(shí)，混合物中的一種高度揮發(fā)性溶劑就會(huì)馬上蒸發(fā)，因此，打印出來(lái)的東西就會(huì)立馬從液體變成固體。但是，其它溶劑的揮發(fā)速度就緩慢得多，因?yàn)樗热槐３执蛴〕鰜?lái)的形狀，又要與新一層的墨水相融合，以形成一塊單獨(dú)的元件。這種打印可以在常溫下進(jìn)行，但與制作陶瓷花瓶類(lèi)似，制成的元件必須在1250℃的高溫下進(jìn)行煅燒，以使其密度更大，表面更光滑。為了確保打印出來(lái)的燃料電池的不同部件在煅燒過(guò)程中以同樣的速率收縮，研究人員在每種墨中都加入了氧化鐵。在波士頓舉行的材料研究學(xué)會(huì)秋季會(huì)議上，Shah實(shí)驗(yàn)室的博士生Adam Jakus說(shuō)道：“我們打印出來(lái)的結(jié)構(gòu)部件里面的顆粒很密集。”

    固體氧化物燃料電池可以在很高的溫度下運(yùn)作，所以它們不需要催化劑，可以利用各種氣體，包括甲烷。它們還可以用來(lái)為電網(wǎng)供電。

    Jakus指出，使用3D打印技術(shù)來(lái)制造燃料電池比傳統(tǒng)的把獨(dú)立元件拼接在一起的制造工藝更加簡(jiǎn)單。但是，3D打印最大的優(yōu)點(diǎn)就是，它能制造出各種傳統(tǒng)工藝“無(wú)能為力”的各種形狀的電池。例如，研究人員已經(jīng)用陶瓷材料打印出了紙張一樣的薄層，不僅可以卷成卷，還能折成不同的形狀，然后再進(jìn)行煅燒。

    同時(shí)，Jakus還開(kāi)發(fā)出了其它用途的類(lèi)似墨水，如仿真人骨頭機(jī)械性能的3D打印的陶瓷骨頭。此外，研究小組還開(kāi)發(fā)出了一種可進(jìn)行3D打印的石墨烯。