3D打印鋰電池電極，讓你的智能手機(jī)使用壽命更長(zhǎng)

2018年8月1日，南極熊從外媒獲悉，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的工程師開發(fā)出一種3D打印電池電極的新方法，可創(chuàng)建具有可控孔隙率的3D微晶格結(jié)構(gòu)。他們的3D打印方法可以大大提高鋰離子電池的容量和充放電效率。

如果電池的電極有孔和通道，鋰離子電池的容量就可以大大提高。到目前為止，通過增材制造產(chǎn)生最佳多孔電極的內(nèi)部幾何形狀是叉指幾何形狀，這允許鋰離子在充電和放電期間有效的傳輸，然而這并不是最佳的方案。

Carnegie Mellon大學(xué)機(jī)械工程副教授Rahul Panat和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員與密蘇里科技大學(xué)合作，開發(fā)了一種使用氣溶膠噴射3D打印制造電池電極的新方法，其結(jié)果發(fā)表在“增材制造”雜志上。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2214860418302379

圖片來源：卡內(nèi)基梅隆大學(xué)工程學(xué)院Rahul Panat

“對(duì)于鋰離子電池，具有多孔結(jié)構(gòu)的電極可以帶來更高的充電容量，”Panat說。 “這是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)允許鋰穿過電極，從而使得電極材料的利用率非常高，從而提高儲(chǔ)能容量。”

在普通電池中，總電極體積的30-50％并未得到利用。 “我們的方法通過使用3D打印克服了這個(gè)問題，我們創(chuàng)建了一個(gè)微晶格電極架構(gòu)，允許鋰通過整個(gè)電極的有效傳輸，這也提高了電池充電速率，”Panat解釋說。

而且電極在40個(gè)電化學(xué)循環(huán)后保留其復(fù)雜的3D晶格結(jié)構(gòu)，證明了它們的機(jī)械強(qiáng)度。

△在本項(xiàng)研究中鋰離子電池3D打印電極的SEM圖像

到目前為止，3D打印電池的工作僅限于基于擠出式的打印，材料線從噴嘴擠出，形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)了自己的3D打印方法，以創(chuàng)建多孔微格結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用Aerosol噴射3D打印系統(tǒng)的現(xiàn)有功能。通過這種方法，研究人員能夠通過將各個(gè)液滴逐個(gè)快速組裝成3D結(jié)構(gòu)來3D打印電池電極。所得到的結(jié)構(gòu)具有使用典型擠出方法不可能制造的復(fù)雜幾何形狀。


這種3D打印方法對(duì)于消費(fèi)電子，醫(yī)療設(shè)備行業(yè)以及航空航天應(yīng)用非常重要。研究人員估計(jì)，該技術(shù)將在大約2 - 3年內(nèi)準(zhǔn)備好轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用

編譯自：3ders