8月2日消息, 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.
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, 通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遊動, 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. 我們通過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.
卡內基梅隆大學的研究人員藉助了氣流噴印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, 也就是通過噴嘴擠壓材料形成連續結構的列印技術. 藉助擠壓列印技術只能製造出交叉結構的電池.
藉助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三維結構, 從而列印出電池電極. 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藉助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.