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3D打印電極為鋰離子電池性能帶來突破

鉅大LARGE  |  點擊量:748次  |  2020年08月06日  

據外媒報道,鋰離子電池圈的研究重點集中在電極上。作為導電介質中輸入或導出電流的組件,科學家們不斷調整其組成及其出現的化學反應,以追求更好的電池性能。這其中包括卡內基梅隆大學的研究人員,他們提出了一種3D打印格柵電極的新方法,他們認為這種方式帶來了“前所未有的改進”。


尋找新的和改進的鋰離子電池電極已經出現了許多有希望的可能性。這些涉及將硅置于石墨烯“牢籠”內,開發微小的納米線,并開發出SiliconX等新材料。3D打印也已成為可能的一種途徑,因為它可用于生產具有多孔結構的電極,為電解質滲透供應額外的通道,從而出現更好的電池容量。目前,最佳結構被稱為叉指幾何,但正如卡內基梅隆大學機械工程副教授RahulPanat所說的那樣,它有一個上限。


“叉指幾何形狀確實是多孔的,確實允許電解質通過通道,”Panat告訴NewAtlas。“然而,它是一種2D結構,只能通過擠壓打印擴展到3D,并且它的制造方式有限。”Panat和一組機械工程師開發了一種新的3D打印方法,克服了這一限制,并允許任何尺寸的微晶格架構。它涉及使用正確的表面和慣性力將精確尺寸的微量液滴噴出,使液滴能夠以允許形成復雜3D結構的方式粘附。


“由于這種方式,印刷的液滴粘附在支柱上而不是從支柱上脫落,”Panat表示。“然后壓板加熱去除溶劑,使得柱子準備好接收下一個含有銀納米粒子的液滴。這是一個非常快速的過程,一直持續到形成完整的晶格。人們此前沒有使用這種機制來制造電池。我們開發了這種機制,并且正在申請專利。“


當用作鋰離子電池中的電極時,所得的微晶格結構表現良好。該團隊在實驗室進行了一系列測試,發現與標準電池電極相比,格子電極的比容量新增了四倍(單位質量的mAh容量),面積容量新增了兩倍。它們在40個電化學循環后保留其復雜的晶格結構。


“我們將尋求嘗試不同的電極材料,并探索通過多噴嘴系統擴大生產規模,”Panat解釋道。“此外,可以新增加熱速率,以縮短微滴的蒸發時間,從而加快工藝流程。我們希望與行業合作伙伴和投資者合作,為未來的商業化供應資金。”


該研究發表在《AdditiveManufacturing》雜志上。


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