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未来锂电池也能3D打印了,应用领域引期待

日期: 2018-10-25
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未来锂电池也能3D打印了,应用领域引期待

锂离子电池为应用范围数一数二广的储能技术,大多电动车与3C设备都采用锂电池来驱动,只不过目前产品设计都环绕着电池的尺寸、形状与重量发展,若要开发大型或是更轻便的设备,还是得取决于电池大小。

美国杜克大学对此提出一项解决方案,有望利用3D打印技术来制造任何形状的电池。

市面的锂离子电池都有固定形状,像是电动车采用的18650就是圆柱形,手机电池多是方形设计。当制造商设计产品时,得先为电池留出空间,这就会限制设计师的想象了。

为了解决问题,不少机构开始将目光瞄准号称「什么都可以印」的3D打印技术。照理来说该技术可以打造出任何形状的物体,电池、结构与电子元件都可以一机搞定,然而3D打印使用的聚合物聚乳酸(PLA)并非离子导体,不具导电性,锂离子电池的电流技术难以用于打印技术。

因此杜克大学提出一项解决方案,在聚乳酸里注入乙基碳酸甲酯、碳酸丙烯酯和过氯酸锂混合物,有望提升离子导电率,且团队也在阴极、阳极添入石墨烯或多层壁纳米碳管,这样一来电池的导电率也可进一步提高。

虽然这些化学名词听起来很复杂,但团队指出,该技术可用低成本且广泛使用的3D打印技术达成,利用熔丝制造技术就可以完完整整地将锂离子电池打印成任何形状与尺寸。

团队也用此方法3D打印搭载锂离子电池的LED手环,其中锂电池可为手环的绿光LED提供60秒电力。研究员表示,初代3D打印电池的容量数量级还是比商用电池低,没办法跨越商业门槛,未来团队将尝试采用可印刷的浆料来取代聚乳酸。

杜克大学也不是唯一一个想到运用3D打印制造电池的机构,美国卡内基美隆大学也如火如荼开发3D打印电池技术,并认为他们的电极拥有多孔和通道优势,可大幅提升锂离子电池的容量。卡内基美隆大学机械工程副教授RahulPanat表示,多孔结构能让大量锂离子穿透电极,有助于提升电极的使用率与电池储存容量。

目前该团队正在使用微晶格(microlattice)结构来提升电池容量和充放电速度,并利用美国Optomec的AerosolJet气溶胶喷射3D喷印技术来打印电池。

除了可印出电阻器、电容、天线、传感器与薄膜晶体管等零件,还可以轻松调整数值,像是可以用印刷参数调整电阻器的欧姆数值,组件也可印刷到3D表面,不需要再建立独立基板,有望降低最终产品的尺寸、厚度与重量。

若这些技术顺利走出实验室、跨越商业化门槛,3D电池打印技术将可在消费性电子产品、医疗与航天领域大放异彩,未来若要开发小型、轻便且可挠的穿戴式电子设备,就无须再烦忧电池的大小与形状。


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