美国德克萨斯大学埃尔帕索分校（UTEP）与桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）的研究人员利用基于光固化的3D打印技术——光聚合（Vat Photopolymerization, VPP），成功制造出凝胶聚合物电解质（Gel Polymer Electrolytes, GPEs）。这种半固态材料介于液态电解质和全固态电解质之间，在锂离子电池领域具有重要应用前景。该研究发表于《Communications Engineering》期刊，系统探讨了电解质中溶剂选择对离子电导率和打印零件质量的影响。

树脂配方与溶剂优化

研究团队将可紫外光固化的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）基体与含1M高氯酸锂（LiClO₄）的液体电解质混合，配制了复合树脂。液体电解质采用两种溶剂体系：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），体积比均为1:1。团队测试了从1:1到1:5（体积比）的五种树脂与电解质比例，发现1:4的比例在离子电导率和机械可操作性之间实现了最佳平衡。

环境空气中打印与循环性能

值得关注的是，打印过程在相对湿度22%的实验室环境中进行，而非受控气氛手套箱。结果表明，尽管暴露于环境空气，打印出的GPE仍保持了与流延法相当的离子电导率。研究人员认为，这在一定程度上归因于LiClO₄相比更常用的锂盐具有更低的吸湿性。电化学稳定性测试显示，其稳定窗口可达约4.5 V（相对于Li⁰/Li⁺），足以满足磷酸铁锂（LiFePO₄）等低压阴极材料的需求。对称电池测试（锂金属作为两个电极）证实了在100个循环内稳定的锂沉积与剥离行为。

几何结构与UV阻挡剂权衡

团队还使用基于PC的GPE打印了复杂几何结构，包括简单圆片和六角蜂窝晶格。虽然圆片打印 fidelity 较高，但树脂的光学透明性导致晶格结构出现过固化现象，部分孔隙被固化材料填充。添加红色食用色素Allura Red作为UV阻挡添加剂后，过固化问题得以解决，打印出了轮廓清晰的晶格特征和1 cm³的实心立方体。循环伏安法测试表明，Allura Red在测试电压窗口内未产生法拉第反应。不过研究人员提醒，在电池应用中使用UV吸收剂需谨慎评估，因为它们可能影响固体电解质界面（SEI）和离子传输行为。

该研究部分得到了德克萨斯大学系统董事会研究卓越计划以及桑迪亚国家实验室实验室指导研究与开发项目的资助。研究人员表示，这项工作为利用光聚合3D打印技术制造定制化形状的锂电池电解质开辟了新途径，有望应用于柔性电子、可穿戴设备和微型电池等领域。然而，将UV阻挡剂引入电解质体系对长期循环稳定性的影响仍需进一步研究。