市面的鋰離子電池都有固定形狀，像是電動(dòng)車采用的 18650 就是圓柱形，手機(jī)電池多是方形設(shè)計(jì)。當(dāng)制造商設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，得先為電池留出空間，這就會(huì)限制設(shè)計(jì)師的想象了。

為了解決問題，不少機(jī)構(gòu)開始將目光瞄準(zhǔn)號(hào)稱“什么都可以印”的 3D 打印技術(shù)。照理來說該技術(shù)可以打造出任何形狀的物體，電池、結(jié)構(gòu)與電子組件都可以一機(jī)搞定，然而 3D 打印使用的聚合物聚乳酸(PLA)并非離子導(dǎo)體，不具導(dǎo)電性，鋰離子電池的電流技術(shù)難以用于打印技術(shù)。

因此杜克大學(xué)提出一項(xiàng)解決方案，在聚乳酸里注入乙基碳酸甲酯、碳酸丙烯酯和過氯酸鋰混合物，有望提升離子導(dǎo)電率，且團(tuán)隊(duì)也在陰極、陽極添入石墨烯或多層壁納米碳管，這樣一來電池的導(dǎo)電率也可進(jìn)一步提高。

雖然這些化學(xué)名詞聽起來很復(fù)雜，但團(tuán)隊(duì)指出，該技術(shù)可用低成本且廣泛使用的 3D 打印技術(shù)達(dá)成，利用熔絲制造技術(shù)(fused filament fabrication，F(xiàn)FF)就可以完完整整地將鋰離子電池打印成任何形狀與尺寸。

團(tuán)隊(duì)也用此方法 3D 打印搭載鋰離子電池的 LED 手環(huán)，其中鋰電池可為手環(huán)的綠光 LED 提供 60 秒電力。研究員表示，初代 3D 打印電池的容量數(shù)量級(jí)還是比商用電池低，沒辦法跨越商業(yè)門坎，未來團(tuán)隊(duì)將嘗試采用可印刷的漿料來取代聚乳酸。

杜克大學(xué)也不是唯一一個(gè)想到運(yùn)用 3D 打印制造電池的機(jī)構(gòu)，美國卡內(nèi)基美隆大學(xué)也如火如荼開發(fā) 3D 打印電池技術(shù)，并認(rèn)為他們的電極擁有多孔和通道優(yōu)勢(shì)，可大幅提升鋰離子電池的容量?？▋?nèi)基美隆大學(xué)機(jī)械工程副教授 Rahul Panat 表示，多孔結(jié)構(gòu)能讓大量鋰離子穿透電極，有助于提升電極的使用率與電池儲(chǔ)存容量。

目前該團(tuán)隊(duì)正在使用微晶格(microlattice)結(jié)構(gòu)來提升電池容量和充放電速度，并利用美國 Optomec 的 Aerosol Jet 氣溶膠噴射 3D 噴印技術(shù)來打印電池，除了可印出電阻器、電容、天線、傳感器與薄膜晶體管等零件，還可以輕松調(diào)整數(shù)值，像是可以用印刷參數(shù)調(diào)整電阻器的奧姆數(shù)值，組件也可印刷到 3D 表面，不需要再建立獨(dú)立基板，有望降低最終產(chǎn)品的尺寸、厚度與重量。

若這些技術(shù)順利走出實(shí)驗(yàn)室、跨越商業(yè)化門坎，3D 電池打印技術(shù)將可在消費(fèi)性電子產(chǎn)品、醫(yī)療與航天領(lǐng)域大放異彩，未來若要開發(fā)小型、輕便且可撓的可穿戴電子設(shè)備，就無須再煩憂電池的大小與形狀。