多材料打印仿生离子凝胶电池研究

• 作者: 贺佩 霍子瑶 贺健康 冯帆 朱子才 李涤尘
• 来源期刊: 机械工程学报
• 关键词: 多材料打印 离子凝胶电池 微流控喷头 仿生电池 电活性材料
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 数字化设计与制造
• 页码范围: 196-204
• 页数: 9页
• 分类号: TH164
• 语种: 中文
• DOI: 10.3901/JME.2021.05.196

摘要

基于电鳗发电机理,研究了利用四通道微流控喷头制备仿生离子凝胶电池的多材料打印方法.设计了具有阵列凹槽结构的柔性接收基底以保证凝胶电池颗粒的形态和相对位置,研究了凝胶电池单元的发电性能,发现电池单元大小对凝胶电池单元输出电压影响不大,而输出电压随着凝胶电池单元串联个数增加呈线性增长规律;基于此建立了凝胶电池单元尺寸为2.0 mm的大面积仿生离子凝胶电池的"S型"串联排布设计与多材料打印工艺方法,实现了 127个凝胶电池单元的一体化打印与精确组装;研究了仿生离子凝胶电池的电压输出特性,发现制备的仿生离子凝胶电池输出的开路电压可达(10.53±1.11)V,连续放电6小时后电压衰减至初始电压的35.6％;验证了多材料打印的仿生离子凝胶电池用于驱动电致变形柔性(Ionic polymer-mental composite,IPMC)结构的可行性.该研究探索有望为电致动软体机器人领域的柔性仿生能源供给提供一种新策略.