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3D打印技术造出微观多孔锂电池,容量提升了4倍

2018-08-02 09:45:54  来源:网易科技

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。(过客)

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