图：电子显微镜图像显示喷涂的锂离子电池，是莱斯大学开发的，呈现5层结构。图片来源：莱斯大学
莱斯大学的研究人员开发出一种锂离子电池，几乎可以涂在任何表面。
这种可充电电池是莱斯大学材料科学家普里克尔.阿杰延（Pulickel Ajayan）的实验室创造的，包含几个喷涂层，各层都代表传统电池的组件。这项研究发表在今天《自然》的网上开放获取期刊《科学报告》（Scientific Reports）上。
“这意味着，传统包装的电池已让位于更灵活的方法，可实现各种新的设计，以及可能的集成，用于存储设备，”阿杰延说，他是莱斯大学本杰明?M.和玛丽?格林伍德安德森研究机械工程和材料科学教授（Benjamin M. and Mary Greenwood Anderson Professor in Mechanical Engineering and Materials Science），也是化学教授。“最近一段时间，很多人都热衷创造改进外形因素的电源，这是在这一方向前进了一大步。”
首席作者尼拉姆?辛格（Neelam Singh）是莱斯大学研究生，她的研究小组花数小时艰苦努力，制做、混合和测试涂料，用于各层组件，共五层，两个电流收集器，一个阴极，一个阳极，还有一个聚合物分隔层在中间。
图：传统锂离子电池是把活性层包在活性碳罐或其他便携式容器中。但是，莱斯大学的研究人员找到一种方法，可以把这些涂层涂到任何表面，这就开辟了可能性，可以把这些表面变成存储设备。图片来源：莱斯大学
这些材料可以喷刷到陶瓷卫浴瓷砖上，也可以喷到柔性聚合物，玻璃，不锈钢，甚至啤酒杯上，可以看到它们与每种基板结合得有多好。
在第一个实验中，9个浴室瓷砖为基础的电池进行并联连接。一个电池上覆盖着太阳能电池，可以利用实验室白光发电。用太阳能电池板和房里的电流完全充电后，只用这种电池就可以驱动一组发光二极管，这组二极管拼写出“莱斯”（RICE）字样，可以亮六个小时；这种电池可以产生稳定的2.4伏电压。
图：啤酒杯用作功能基板，用于可喷涂的电池，是莱斯大学开发的。图片来源：莱斯大学
研究人员报告说，这种手喷电池性能相当稳定，与目标的误差在正负10％以内。辛格说，它们经过60次充放电循环，只会有非常小的容量下降，。
每一层都是一种优化的混合物。首先，正向电流收集器是一种混合物，混合了纯化的单壁碳纳米管与炭黑粒子，散布在N-甲基吡咯烷酮（N-methylpyrrolidone）中。第二是阴极，它包含钴锂氧化物，碳和超细石墨（UFG：ultrafine graphite）粉末，放在一种粘合剂溶液中。第三是聚合物隔膜涂层，属于聚偏二氟乙烯（Kynar Flex）树脂，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA：polymethyl methacrylate）和二氧化硅，分散在混合溶剂中。第四，阳极混合了锂钛氧化物和超细晶粒（UFG），放在粘合剂中，最后一层是负电流收集器，是一种市售的导电铜漆，用乙醇稀释。
“最难的地方是实现机械稳定性，而分离器发挥了关键作用，”辛格说。“我们发现，纳米管和阴极层结合得很牢固，但是如果分隔膜机械性能不稳定，它们就会从基板剥离。添加聚甲基丙烯酸甲酯，就可适当地粘接到分隔膜。”一旦涂上，瓷砖和其他物品就会被注入电解液，然后就会封闭热量，进行充电。
辛格说，这种电池很容易采用小型太阳能电池充电。她预计，可以结合可喷涂电池与最近报道的太阳能电池，以创造一种能量收集组合产品，这将是无与伦比的。她说，因为手喷电池这么好，因此，升级采用现代方法，会促进它们实现跨越式发展。“喷涂已经是一种工业工艺，所以很容易使这项技术融入产业，”辛格说。
莱斯大学研究人员的这项技术已经申请了专利，他们将继续完善。辛格说，他们正在积极寻找一些电解质，以便更容易露天创造电池，他们还设想，他们的电池用作整体粘着瓷砖，可以有许多种配置方式。
“我们确实认为这会改变传统规范，”她说。
