科学家发明3D打印燃料电池用墨水

近日，在波士顿举行的材料研究学会秋季会议上，美国西北大学的科学家指出，用3D打印机制作陶瓷燃料电池将会更加迅速、简单，这种燃料电池设计可以更高效地把一种气体转化成电能。

西北大学材料科学与工程系助理教授Ramille Shah开发出了应用在3D打印机上的新型墨水，这种墨水可用于制造固体氧化物燃料电池中的各种元件：阴极、阳极、电解质、连接体。

这种墨水由陶瓷颗粒(含量为70%-90%)、粘合剂和各种蒸发速度不同的溶剂混合而成。例如，用于打印电解质的墨水是由钇稳定氧化锆(YSZ)颗粒制成，而阳极是由钇稳定氧化锆加氧化镍制成。

当打印机用一种墨打印出一条线时，混合物中的一种高度挥发性溶剂就会马上蒸发，因此，打印出来的东西就会立马从液体变成固体。但是，其它溶剂的挥发速度就缓慢得多，因为它既然保持打印出来的形状，又要与新一层的墨水相融合，以形成一块单独的元件。这种打印可以在常温下进行，但与制作陶瓷花瓶类似，制成的元件必须在1250℃的高温下进行煅烧，以使其密度更大，表面更光滑。为了确保打印出来的燃料电池的不同部件在煅烧过程中以同样的速率收缩，研究人员在每种墨中都加入了氧化铁。在波士顿举行的材料研究学会秋季会议上，Shah实验室的博士生Adam Jakus说道：“我们打印出来的结构部件里面的颗粒很密集。”

固体氧化物燃料电池可以在很高的温度下运作，所以它们不需要催化剂，可以利用各种气体，包括甲烷。它们还可以用来为电网供电。

Jakus指出，使用3D打印技术来制造燃料电池比传统的把独立元件拼接在一起的制造工艺更加简单。但是，3D打印最大的优点就是，它能制造出各种传统工艺“无能为力”的各种形状的电池。例如，研究人员已经用陶瓷材料打印出了纸张一样的薄层，不仅可以卷成卷，还能折成不同的形状，然后再进行煅烧。

同时，Jakus还开发出了其它用途的类似墨水，如仿真人骨头机械性能的3D打印的陶瓷骨头。此外，研究小组还开发出了一种可进行3D打印的石墨烯。