科學家發(fā)明3D打印燃料電池用墨水

西北大學材料科學與工程系助理教授Ramille Shah開發(fā)出了應用在3D打印機上的新型墨水，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，而陽極是由釔穩(wěn)定氧化鋯加氧化鎳制成。

當打印機用一種墨打印出一條線時，混合物中的一種高度揮發(fā)性溶劑就會馬上蒸發(fā)，因此，打印出來的東西就會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，因為它既然保持打印出來的形狀，又要與新一層的墨水相融合，以形成一塊單獨的元件。這種打印可以在常溫下進行，但與制作陶瓷花瓶類似，制成的元件必須在1250℃的高溫下進行煅燒，以使其密度更大，表面更光滑。為了確保打印出來的燃料電池的不同部件在煅燒過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會秋季會議上，Shah實驗室的博士生Adam Jakus說道：“我們打印出來的結(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。它們還可以用來為電網(wǎng)供電。

Jakus指出，使用3D打印技術(shù)來制造燃料電池比傳統(tǒng)的把獨立元件拼接在一起的制造工藝更加簡單。但是，3D打印最大的優(yōu)點就是，它能制造出各種傳統(tǒng)工藝“無能為力”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，然后再進行煅燒。

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