3d打印电极为锂电池增添全新的元素

日期: 2018-08-01
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据外媒报道,锂电池圈的研究重点集中在电极上。作为导电介质中输入或导出电流的组件,科学家们不断调整其组成及其产生的化学反应,以追求更好的电池性能。这其中包括卡内基梅隆大学的研究人员,他们提出了一种 3D 打印格栅电极的新方法,他们认为这种方式带来了 " 前所未有的改进 "。


3D 打印电极为锂电池增添全新的元素

寻找新的和改进的锂电池电极已经出现了许多有希望的可能性。这些涉及将硅置于石墨烯 " 牢笼 " 内,开发微小的纳米线,并开发出 SiliconX 等新材料。3D 打印也已成为可能的一种途径,因为它可用于生产具有多孔结构的电极,为电解质渗透提供额外的通道,从而产生更好的电池容量。目前,最佳结构被称为叉指几何,但正如卡内基梅隆大学机械工程副教授 Rahul Panat 所说的那样,它有一个上限。


3D 打印电极为锂电池增添全新的元素

" 叉指几何形状确实是多孔的,确实允许电解质通过通道,"Panat 告诉 New Atlas。" 然而,它是一种 2D 结构,只能通过挤压打印扩展到 3D,并且它的制造方式有限。"Panat 和一组机械工程师开发了一种新的 3D 打印方法,克服了这一限制,并允许任何尺寸的微晶格架构。它涉及使用正确的表面和惯性力将精确尺寸的微量液滴喷出,使液滴能够以允许形成复杂 3D 结构的方式粘附。


3D 打印电极为锂电池增添全新的元素

" 由于这种方式,印刷的液滴粘附在支柱上而不是从支柱上脱落,"Panat 表示。" 然后压板加热去除溶剂,使得柱子准备好接收下一个含有银纳米粒子的液滴。这是一个非常快速的过程,一直持续到形成完整的晶格。人们此前没有使用这种机制来制造电池。我们开发了这种机制,并且正在申请专利。"


3D 打印电极为锂电池增添全新的元素

当用作锂离子电池中的电极时,所得的微晶格结构表现良好。该团队在实验室进行了一系列测试,发现与标准电池电极相比,格子电极的比容量增加了四倍(单位质量的 mAh 容量),面积容量增加了两倍。它们在 40 个电化学循环后保留其复杂的晶格结构。

" 我们将寻求尝试不同的电极材料,并探索通过多喷嘴系统扩大生产规模,"Panat 解释道。" 此外,可以增加加热速率,以缩短微滴的蒸发时间,从而加快工艺流程。我们希望与行业合作伙伴和投资者合作,为未来的商业化提供资金。"

该研究发表在《Additive Manufacturing》杂志上。


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