Am 2. August haben amerikanische Ingenieure ein 3D-Druckverfahren entwickelt, das die Kapazität sowie die Lade- und Entladegeschwindigkeit von Lithium-Ionen-Batterien erheblich erhöhen kann.
Wenn die Elektroden einer Lithium-Ionen-Batterie mikroskopisch kleine Poren oder Kanäle enthalten, wird ihre Kapazität stark verbessert.Zuerst haben die optimalen porösen Elektroden, die aus Additiven hergestellt sind, ihre innere Geometrie ineinandergreifend. Es kann Lithium-Ionen während des Ladens und Entladens frei in der Batterie schwimmen lassen, aber dies ist nicht das ideale Design.
Ein Forschungsteam um Rahul Panat, Professor für Maschinenbau an der Carnegie Mellon University, hat sich mit der Universität von Missouri zusammengetan, um eine neue Methode für 3D-gedruckte Batterieelektroden zu entwickeln, die kontrollierte Poren erzeugen können. Mikroskopische Metallstrukturen, deren Ergebnisse im Journal of Additive Manufacturing veröffentlicht wurden.
Panat sagte: "In Lithium-Ionen-Batterien können Elektroden mit einer porösen Struktur eine größere Speicherkapazität bereitstellen. Dies liegt daran, dass diese Struktur eine große Menge an Lithiumionen in die Elektrode eindringen lässt, wodurch eine höhere Elektrodenausnutzung erreicht werden kann. Und es bringt höhere Speicherkapazität.In gewöhnlichen Batterien werden 30% bis 50% der Elektroden nicht verwendet.Wir haben dieses Problem durch 3D-Drucktechnologie überwunden, und die Mikro-Elektrodenstruktur, die durch 3D-Drucken hergestellt wird, kann Lithium herstellen Ionen werden effizienter innerhalb der Elektrode transportiert, was auch die Ladegeschwindigkeit der Batterie verbessert. '
Die als Lithium-Ionen-Batterieelektrode verwendete Mikro-Metall-Struktur kann die spezifische Kapazität um das Vierfache erhöhen und die Flächenkapazität im Vergleich zu herkömmlichen Festkörperbatterien verdoppeln, so die Forscher der Carnegie Mellon University Nach 40 elektrochemischen Prozessen wurde ihre komplexe 3D-Gitterstruktur erhalten, die auch ihre mechanische Stabilität bestätigte.
Forscher der Carnegie Mellon University haben ihre eigenen 3D-Druckverfahren entwickelt, die die derzeitigen Möglichkeiten von 3D-Drucksystemen für den Luftdruck nutzen, um poröse mikroskopische Metallstrukturen zu erzeugen Eingeschränkt durch die Extrusionsdrucktechnologie, dh die Drucktechnologie, die durch Extrusion des Materials durch die Düse eine kontinuierliche Struktur bildet, kann nur die kreuzstrukturierte Batterie durch die Extrusionsdrucktechnologie hergestellt werden.
Mit der von Panat Labs entwickelten neuen Methode können Forscher einzelne Tropfen in eine dreidimensionale Struktur stapeln, um die Batterieelektroden auszudrucken, um Strukturen mit komplexen geometrischen Eigenschaften zu drucken. Herkömmliche Extrusionsdruckverfahren können nicht hergestellt werden.
Panat sagte: "Weil diese Tröpfchen voneinander getrennt sind, können wir diese neue komplexe Geometrie erzeugen. Wenn es sich um kontinuierliche Materialien wie die herkömmliche Extrusionsdrucktechnologie handelt, können wir es nicht schaffen. Diese komplexe Elektrodenstruktur ist ein neues Forschungsgebiet, und ich dachte vorher nicht, dass irgendjemand diese komplexen Strukturen mit 3D-Drucktechnologie herstellen könnte. "Die Forscher schätzen, dass es sich bei der Technologie um eine neue 3D-Druckmethode handelt Industrielle Anwendungen können in 2 bis 3 Jahren realisiert werden.