卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的工程師開(kāi)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率。 如果他們的電極有毛孔和通道，鋰離子電池容量可以大大提高。到目前為止，通過(guò)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（即，金屬叉與雙手的指狀物互鎖，鋰在兩側(cè)之間移動(dòng)），這允許鋰通過(guò)電池傳輸在充電和放電期間有效。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(kāi)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。橫截面視圖 圖片來(lái)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(lái)更高的充電容量，”P(pán)anat說(shuō)。 “這是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)允許鋰穿透電極體積，從而導(dǎo)致非常高的電極利用率，從而提高儲(chǔ)能容量?！?/span>在普通電池中，未使用占總電極體積的30-50％。 “我們的方法通過(guò)使用3D打印克服了這個(gè)問(wèn)題，我們創(chuàng)建了一個(gè)微晶格電極架構(gòu)，允許鋰通過(guò)整個(gè)電極的有效傳輸，這也提高了電池充電速率。”P(pán)anat解釋說(shuō)。
用作鋰離子電池的電極的微晶格結(jié)構(gòu)（Ag）顯示出以幾種方式改善電池性能，例如與固體塊（Ag）電極相比，比容量增加四倍并且面積容量增加兩倍。此外，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。
用于電化學(xué)循環(huán)的鋰離子電池的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的打印，其中材料線從噴嘴擠出，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(kāi)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 Jet 3D打印系統(tǒng)的現(xiàn)有功能。通過(guò)這種方法，研究人員能夠通過(guò)將各個(gè)液滴逐個(gè)快速組裝成3D結(jié)構(gòu)來(lái)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。
“由于這些液滴彼此分離，我們可以創(chuàng)造出這些新的復(fù)雜幾何形狀，”P(pán)anat說(shuō)。 “如果這是一個(gè)單一的材料流，就像擠壓印刷的情況一樣，我們就無(wú)法制造它們。這是一個(gè)新事物。我不相信任何人直到現(xiàn)在都使用3D打印來(lái)創(chuàng)造這些各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。“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。
本文轉(zhuǎn)載自：中國(guó)3D打印網(wǎng) 中國(guó)3D打印網(wǎng)譯自：3ders.org
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