3D列印技術造出微觀多孔鋰電池,讓手機電池在相同體積下容量可提升4倍 美國工程師已經研發出一種3D列印方法,有可能極大的提升鋰離子電池的容量和充放電速度。

3D列印技術造出微觀多孔鋰電池,讓手機電池在相同體積下容量可提升4倍

如果鋰離子電池的電極含有微觀的氣孔或者通道,那麼它們的容量就會得到極大的改善。目前來說,透過添加物製造的最佳多孔電極,其內部的幾何結構是相互交叉的,這就能夠讓鋰離子在充電和放電的過程中自由的在電池內游動,但這並非是最理想的設計。

卡內基梅隆大學機械工程學副教授Rahul Panat帶領的一個研究團隊與密蘇里科技大學進行合作,他們已經研發出了一種3D列印電池電極的新方法,這種方法能夠打造出擁有受控氣孔的微觀金屬結構。他們的研究結果已經發表在《添加劑製造業》雜誌上。

Panat稱:「在鋰離子電池中,擁有多孔結構的電極能夠帶來更強的蓄電容量。這是因為這種結構允許鋰離子大量進入電極內,這就能夠實現更高的電極利用率,而且帶來更高的蓄電能力。在普通電池中,電極有30%到50%是得不到利用的。我們透過3D列印技術克服了這一問題,3D列印製造的微觀電極結構能夠讓鋰離子在電極內更有效的傳輸,這也會改善電池的充電速度。」

被用作鋰離子電池電極的微觀金屬結構能夠將比容量提升四倍,而且與傳統固體電池相比區域容量增加了兩倍。據卡內基梅隆大學的研究人員稱,這種電極在經過40次的電化學過程之後,仍然保留了它們複雜的3D晶格結構,這也證實了它們的機械穩定性。

3D列印技術造出微觀多孔鋰電池,讓手機電池在相同體積下容量可提升4倍

卡內基梅隆大學的研究人員借助了氣流噴印3D列印系統的現有能力,研發出了他們自己的3D列印方法,製造出多孔的微觀金屬結構。在此之前,3D列印電池的研究都受到擠壓列印技術的限制,也就是透過噴嘴擠壓材料形成連續結構的列印技術。借助擠壓列印技術只能製造出交叉結構的電池。

借助Panat實驗室研發的這種新方法,研究人員能夠快速的將一個一個的個體液滴堆疊成3D結構,進而列印出電池電極。這種技術列印出的結構有著複雜的幾何學特性,這是傳統擠壓列印方法無法製造出來的。

Panat稱:「由於這些液滴是彼此分離的,所以我們能夠創造出這種全新的複雜幾何學結構。如果它們是像傳統擠壓列印技術所使用的那種裡連續材料,我們就無法製造出這種複雜電極結構。這是一個新的研究領域,在此之前我並不認為有人能夠借助3D列印技術創造出這些複雜的結構。」研究人員估計,這種新3D列印方法衍生出的技術大約在2到3年內就能夠實現工業應用。(過客)

資料來源:New 3D printing method gives boost to lithium-ion batteries

本文轉載自網易科技

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