太陽や風でつくった電気をためる電池には、安く、速く充放電でき、長持ちすることが求められる。その候補として、3Dプリントした電極を使う蓄電デバイスの研究が、Smallに掲載された。UCLAと台湾の国立清華大学の研究チームが、同種の従来品より7倍超の電気をためられる亜鉛イオンのハイブリッド電池を開発した。
なぜ亜鉛か。電池の主役のリチウムは産地が偏り、価格も上がりやすい。亜鉛はリチウムより100倍多く存在し、採掘もリサイクルもしやすく、安い。
このデバイスは2種類のしくみを組み合わせたハイブリッドだ。片方の端子はリチウムイオン電池のように電気をため、もう片方はスーパーキャパシターに近い炭素電極を使う。素早く充放電でき長寿命だが、たくさんはためられない方式だ。
スーパーキャパシターは、電極の表面にしか電気をためられない弱点がある。研究チームは、炭素電極の表面積を広げ、多くのエネルギーをためる酸化バナジウムを詰め込むことで、ためられる量を一気に増やした。
その表面積を稼ぐ要が、3Dプリントだ。電極は、ハチの巣やスポンジのように細かい空洞だらけの形に設計されている。紫外線レーザーで樹脂を固める光造形で形を作り、加熱とガス処理で導電性のカーボンだけを残し、化学処理で酸化バナジウムを染み込ませた。できた電極は、1gを紙のように広げるとテニスコート10面分ほどの表面積になる。7倍の蓄電に加え、1500回の充放電を経ても、容量の82％を保った。
研究チームは、もう一つ3Dプリントの利点を生かした。実験用電池の性能を測る試験セルだ。研究室では電解液と2つの電極をビーカーに入れる素朴な方法が今も使われるが、液の蒸発や電極位置のずれで正確な測定が難しい。市販のガラス製セルは1台1000ドル（約16万円）からと高い。そこでチームは、上部を密閉して蒸発を防ぎ、電極を一定間隔で固定する3Dプリント製の試験セルを作った。標準的な炭素電極では、従来のオープンな構成が100回未満で駄目になる一方、この試験セルでは1500回後も98％の容量を保った。
「3Dプリントの良い点は、身近になったことだ。3Dプリンターがあれば誰でも、私たちと同じ試験セルを作り、自分の研究に応用できる」と、筆頭著者のSophia Uemura氏は語る。研究室の専門設備だった蓄電デバイスの試作と評価が、机の上の3Dプリンターに近づいている。