2026年5月9日，来自德克萨斯大学埃尔帕索分校 (UTEP)和桑迪亚国家实验室的研究人员利用光聚合 (VPP) 3D 打印工艺制造出了凝胶聚合物电解质 (GPE)——一种介于锂离子电池中液态电解质和全固态电解质之间的半固态材料。这项研究以题为“Vat photopolymerization of gel polymer electrolytes with
solvent-dependent performance and complex geometries for Li-ion
batteries”的论文发表在《通信工程》上。研究部分资金来自德克萨斯大学系统董事会卓越研究计划和桑迪亚国家实验室实验室指导研究与开发计划。本论文系统地考察了电解液中溶剂的选择如何影响离子电导率和打印可用部件的能力。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s44172-026-00682-9
研究团队将紫外光固化聚乙二醇二丙烯酸酯 (PEGDA) 基料与含有 1 M 高氯酸锂 (LiClO₄)
的液体电解质混合，配制成复合树脂。该液体电解质溶解在两种溶剂体系之一中：碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯 (EC:DEC) 或碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯
(EC:PC)，每种体系的体积比均为 1:1。 测试了五种树脂与电解质的比例，体积比从 1:1 到 1:5，其中 1:4 的比例被认为是离子电导率和机械操作性达到最佳平衡的点。
露天打印和电化学性能
有趣的是，打印过程是在受控气氛手套箱之外的实验室环境中进行的，相对湿度为22%。尽管暴露于空气中，打印的凝胶聚合物电解质（GPE）仍保持了与流延成型的同类产品相当的离子电导率，研究人员认为这部分归因于高氯酸锂（LiClO₄）相比更常用的锂盐具有较低的吸湿性。 在相对于Li⁰/Li⁺的电压范围内，电化学稳定性保持在约4.5 V，该电压范围足以满足低电压正极材料（例如磷酸铁锂（LiFePO₄））的需求。对称电池测试（其中锂金属同时用作两个电极）证实了在100次循环中锂的沉积和剥离行为稳定。
几何形状和紫外线阻隔剂之间的权衡
研究团队还利用基于PC的GPE打印了复杂的几何形状，包括简单的圆盘和六边形蜂窝状晶格结构。虽然圆盘的打印精度很高，但树脂的光学透明性导致晶格结构过度固化，部分孔隙被固化的材料填充。
添加诱惑红（一种食用色素）作为紫外线阻隔剂解决了过度固化问题，从而能够制备出具有清晰晶格特征的1立方厘米固体立方体。循环伏安法测试表明，在测试电压范围内，诱惑红并未产生法拉第反应。然而，研究人员提醒，紫外线吸收剂在使用于电池应用之前需要进行仔细评估，因为它们可能会影响固体电解质界面（SEI）和离子传输行为。
来源：南极熊
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