در 2 اوت، مهندسان آمریکایی یک روش چاپ سه بعدی را توسعه داده اند که می تواند ظرفیت و سرعت شارژ و تخلیه باتری های لیتیوم یون را تا حد زیادی افزایش دهد.
اگر الکترودهای یک باتری لیتیوم یونی شامل منافذ یا کانال های میکروسکوپی باشد، ظرفیت آنها تا حد زیادی بهبود خواهد یافت. در حال حاضر، الکترودهای متخلخل مطلوب ساخته شده توسط مواد افزودنی، هندسه داخلی خود را به یکدیگر متصل می کنند. این می تواند اجازه دهد که یون های لیتیوم در هنگام شارژ و تخلیه آزادانه در باتری شنا کنند، اما این طراحی ایده آل ترین نیست.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری Rahul Panat، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه Carnegie Mellon، با دانشگاه میسوری برای ایجاد یک روش جدید برای الکترودهای باتری سه بعدی چاپ شده است که می تواند منافذ های کنترل شده ایجاد کند. سازه های فلزی میکروسکوپیک. یافته های آنها در مجله تولید افزودنی منتشر شده است.
Panat گفت: "در یک باتری لیتیوم یون، الکترود دارای یک ساختار متخلخل از ظرفیت ذخیره سازی می تواند در نتیجه قوی تر از این پیکربندی اجازه می دهد تا مقدار زیادی از یونهای لیتیوم به الکترود، الکترود که می توانید استفاده بیشتر دست یابد. و در نتیجه ظرفیت ذخیره سازی انرژی بالاتر است. در سلول های طبیعی، الکترودها 30 تا 50 درصد است استفاده نشده است. ما این مشکل را با چاپ 3D غلبه کرده اند 3D چاپ ریزساختار ساخته لیتیوم ساختار الکترود اجازه می دهد تا یون ها در داخل الکترود مؤثرتر می شوند، که همچنین سرعت شارژ باتری را بهبود می بخشد.
گفته شده است که به عنوان یک الکترود باتری لیتیوم یون قادر به فلز میکروسکوپی از چهار برابر افزایش ظرفیت استفاده می شود، اما در مقایسه با منطقه ظرفیت باتری معمولی جامد سه برابر شد. به گفته محققان در دانشگاه کارنگی ملون، الکترود که از طریق آن پس از 40 فرآیند الکتروشیمیایی، ساختار شبکه سه بعدی آنها حفظ شد و همچنین ثبات مکانیکی آنها را تأیید کرد.
محققان دانشگاه Carnegie Mellon روشهای چاپ سهبعدی خود را با استفاده از قابلیتهای فعلی چاپ سیستمهای چاپ 3D jet printing برای ساخت ساختارهای میکروسکوپی متخلخل توسعه دادهاند. پیش از این، تحقیقات باتری چاپ شده با 3D با استفاده از تکنولوژی چاپ اکستروژن، یعنی تکنولوژی چاپ، ساختار مداوم را با اکسترود کردن مواد از طریق نازل محدود می کند. فقط باتری ساختار متقاطع توسط تکنولوژی چاپ اکستروژن تولید می شود.
با روش جدیدی که توسط آزمایشگاه Panat ایجاد شده است، محققان می توانند به سرعت قطرات فردی را به یک ساختار سه بعدی برای چاپ الکترود باتری بپوشند. این تکنولوژی با ساختارهای خواص هندسی پیچیده چاپ می کند. روشهای چاپ اکستروژن سنتی نمی توان ساخت.
پانات گفت: "از آنجا که این قطره ها از یکدیگر جدا می شوند، می توانیم این هندسه پیچیده جدید را ایجاد کنیم. اگر مواد مستمر مانند تکنولوژی چاپ اکستروژن سنتی باشند، ما نمی توانیم آن را بسازیم. این ساختار الکترودهای پیچیده است. این زمینه جدیدی از پژوهش است. پیش از آن، من فکر نمی کردم کسی بتواند ساختارهای پیچیده ای با تکنولوژی چاپ 3D ایجاد کند. "محققان تخمین می زنند که تکنولوژی حاصل از این روش چاپ جدید 3D در مورد برنامه های کاربردی صنعتی را می توان در 2 تا 3 سال متوازن کرد.
