新的3D打印方法可以讓智能手機電池使用壽命更長

發(fā)布日期:2018-08-01 08:08:54

       卡內(nèi)基梅隆大學的工程師開發(fā)出一種3D打印電池電極的新方法,可創(chuàng)建具有可控孔隙率的3D微晶格結構。他們的3D打印方法可以大大提高鋰離子電池的容量和充放電率。
     如果他們的電極有毛孔和通道,鋰離子電池容量可以大大提高。到目前為止,通過增材制造產(chǎn)生最佳多孔電極的內(nèi)部幾何形狀是叉指幾何形狀(即,金屬叉與雙手的指狀物互鎖,鋰在兩側之間移動),這允許鋰通過電池傳輸在充電和放電期間有效。Carnegie Mellon大學機械工程副教授Rahul Panat和卡內(nèi)基梅隆大學的研究人員與密蘇里科技大學合作開發(fā)了一種使用氣溶膠噴射3D打印制造電池電極的新方法,其結果發(fā)表在“增材制造”雜志上。
橫截面視圖 圖片來源:卡內(nèi)基梅隆大學工程學院Rahul Panat
      “對于鋰離子電池,具有多孔結構的電極可以帶來更高的充電容量,”Panat說。 “這是因為這種結構允許鋰穿透電極體積,從而導致非常高的電極利用率,從而提高儲能容量。”在普通電池中,未使用占總電極體積的30-50%。 “我們的方法通過使用3D打印克服了這個問題,我們創(chuàng)建了一個微晶格電極架構,允許鋰通過整個電極的有效傳輸,這也提高了電池充電速率?!盤anat解釋說。
       用作鋰離子電池的電極的微晶格結構(Ag)顯示出以幾種方式改善電池性能,例如與固體塊(Ag)電極相比,比容量增加四倍并且面積容量增加兩倍。此外,電極在40個電化學循環(huán)后保留其復雜的3D晶格結構,證明了它們的機械強度。
 用于電化學循環(huán)的鋰離子電池的3D打印電極的SEM圖像
     到目前為止,3D打印電池的工作僅限于基于擠出的打印,其中材料線從噴嘴擠出,形成連續(xù)的結構。卡內(nèi)基梅隆大學的研究人員開發(fā)了自己的3D打印方法,以創(chuàng)建多孔微格結構,同時利用Aerosol Jet 3D打印系統(tǒng)的現(xiàn)有功能。通過這種方法,研究人員能夠通過將各個液滴逐個快速組裝成3D結構來3D打印電池電極。所得到的結構具有使用典型擠出方法不可能制造的復雜幾何形狀。

       “由于這些液滴彼此分離,我們可以創(chuàng)造出這些新的復雜幾何形狀,”Panat說。 “如果這是一個單一的材料流,就像擠壓印刷的情況一樣,我們就無法制造它們。這是一個新事物。我不相信任何人直到現(xiàn)在都使用3D打印來創(chuàng)造這些各種復雜的結構。“這種3D打印方法對于消費電子,醫(yī)療設備行業(yè)以及航空航天應用非常重要。研究人員估計,該技術將在大約2 - 3年內(nèi)準備好轉化為工業(yè)應用。

     本文轉載自:中國3D打印網(wǎng) 中國3D打印網(wǎng)譯自:3ders.org