8月2日消息, 美国工程师已经研发出一种3D打印方法, 有可能极大的提升锂离子电池的容量和充放电速度.
如果锂离子电池的电极含有微观的气孔或者通道, 那么它们的容量就会得到极大的改善. 目前来说, 通过添加物制造的最佳多孔电极, 其内部的几何结构是相互交叉的, 这就能够让锂离子在充电和放电的过程中自由的在电池内游动, 但这并非是最理想的设计.
卡内基梅隆大学机械工程学副教授Rahul Panat带领的一个研究团队与密苏里科技大学进行合作, 他们已经研发出了一种3D打印电池电极的新方法, 这种方法能够打造出拥有受控气孔的微观金属结构. 他们的研究结果已经发表在《添加剂制造业》杂志上.
Panat称: '在锂离子电池中, 拥有多孔结构的电极能够带来更强的蓄电容量. 这是因为这种结构允许锂离子大量进入电极内, 这就能够实现更高的电极利用率, 而且带来更高的蓄电能力. 在普通电池中, 电极有30%到50%是得不到利用的. 我们通过3D打印技术克服了这一问题, 3D打印制造的微观电极结构能够让锂离子在电极内更有效的传输, 这也会改善电池的充电速度. '
被用作锂离子电池电极的微观金属结构能够将比容量提升四倍, 而且与传统固体电池相比区域容量增加了两倍. 据卡内基梅隆大学的研究人员称, 这种电极在经过40次的电化学过程之后, 仍然保留了它们复杂的3D晶格结构, 这也证实了它们的机械稳定性.
卡内基梅隆大学的研究人员借助了气流喷印3D打印系统的现有能力, 研发出了他们自己的3D打印方法, 制造出多孔的微观金属结构. 在此之前, 3D打印电池的研究都受到挤压打印技术的限制, 也就是通过喷嘴挤压材料形成连续结构的打印技术. 借助挤压打印技术只能制造出交叉结构的电池.
借助Panat实验室研发的这种新方法, 研究人员能够快速的将一个一个的个体液滴堆叠成三维结构, 从而打印出电池电极. 这种技术打印出的结构有着复杂的几何学特性, 这是传统挤压打印方法无法制造出来的.
Panat称: '由于这些液滴是彼此分离的, 所以我们能够创造出这种全新的复杂几何学结构. 如果它们是像传统挤压打印技术所使用的那种里连续材料, 我们就无法制造出这种复杂电极结构. 这是一个新的研究领域, 在此之前我并不认为有人能够借助3D打印技术创造出这些复杂的结构. ' 研究人员估计, 这种新3D打印方法衍生出的技术大约在2到3年内就能够实现工业应用.
