科学家3D打印可生物降解电池以减少电子废物

10月25日讯，全3D打印电池由柔性纤维素和甘油基材组成，并用导电碳和石墨墨水图案化，能够承受数千次充电循环，同时保持其容量。由于其可生物降解的基础，这种新型电池在完成后也可以进行堆肥，有可能使其成为解决世界电子废物问题的理想工具。
寻找可持续的“EDLC”
据 EMPA 科学家称，最近电子可穿戴设备、包装和物联网 (IoT) 应用的蓬勃发展使这些设备的全球数量增加到 270 亿。然而，鉴于它们的生命周期短，而且它们往往由不可再生的锂离子或碱性电池供电，许多此类产品最终将被填埋，从而加剧全球“电子垃圾”问题。
为了开发更环保的储能设备，科学家们因此开始试验双电层电容器或“EDLC”。这些高容量、快速充电的超级电容器至少可以部分由可生物降解的材料制成，可能使它们成为通常需要专门处理服务的普通电池的理想替代品。尽管对 EDLC 研发进行了大量研究，但它们的不同部件（例如电极和集电器）可能难以通过单一制造工艺生产。更重要的是，许多原型 EDLC 最多是部分 3D 打印的，需要耗时且昂贵的组装或后处理，这使得它们作为商业企业没有吸引力。

“最先进”的超级电容器

为了简化 EDLC 生产并创建自己的环保电池，EMPA 团队转向了 DIW 3D 打印，他们用它来制造两个半电池，然后将它们折叠在一起。在实践中，这意味着首先打印该单元的基板，然后将其电极和导电石墨注入电解质层沉积在顶部，在此过程中经过一些调整，产生了一个功能电池。“这听起来很简单，但事实并非如此，”EMPA 纤维素与木材材料实验室的 Xavier Aeby 说。 “它进行了一系列扩展测试，直到所有参数都正确为止，直到所有组件都可靠地从打印机流出并且电容器工作。”他补充说：“作为研究人员，我们不想只是摆弄，我们还想了解我们的材料内部发生了什么。”

一旦他们的超级电容器原型准备就绪，科学家们就试图通过将其充电至 0.5 V 来测试其电荷保持能力，然后再测量其开放表面电压。据研究人员称，他们的设备在 150 小时后仍剩余 30% 的电量，使其性能“与最先进的碳基超级电容器的性能保持一致”。有趣的是，研究人员发现，他们的超级电容器的容量也在制造后两周波动，然后稳定下来，而在储存八个月后仍保持功能，当他们完成实验并尝试堆肥时，他们能够溶解在九周的过程中，它的质量约为其质量的 50%。在测试过程中，该团队的设备最终能够在机械压力下为 3V 闹钟供电，并在变化很大的温度下运行。因此，他们表示，通过进一步的研发，它可以在更广泛的范围内进行部署，以可持续地为低压智能设备供电，例如用于环境监测、电子纺织品或医疗保健应用中的设备。

来源： 中国3D打印网