鉅大LARGE | 點擊量：632次 | 2022年09月05日
新型3D 打印固態電池充放電 10,000 次且性能不下降，能取代鋰電池嗎？
鋰離子電池無處不在：在智能手機、筆記本電腦、電動汽車中，甚至在您的手表中。然而，隨著電子技術變得越來越復雜，以及越來越多的汽車、公共汽車和卡車使用電池供電，科學家們正在努力開發比當今領先技術更輕、能量密度更高且理想情況下更安全的新化學物質。他們說，下一個前沿是固態電池，也許是3D打印電池。
最近，3D打印初創公司Sakuu（前身為KeraCel）開發了一種固態電池，聲稱其性能“等于或優于”當前鋰離子電池的性能。小型3安培小時(Ah)電池——大約相當于三個AAA堿性電池的容量，是與Sakuu的增材制造平臺一起生產的。該技術允許該公司將多種材料沉積在一個薄的單層上。
Sakku的首席技術官KarlLittau告訴IEEESpectrum，為了獲得最高能量密度的電池，我們希望盡量減少所有對電池性能沒有任何影響的元素的體積。這就是印刷真正能夠實現的那種事情。
與許多固態設計一樣，Sakuu的電池包含鋰金屬陽極，以及分隔陽極和陰極的陶瓷電解質。相比之下，鋰離子電池使用有機液體作為電解質，這增加了電池著火的風險。該公司的3D打印平臺基于麻省理工學院開發的粘合劑噴射打印工藝。在粘合劑噴射中，液體試劑沉積在粉末顆粒的薄床上；目前，Sakuu表示它可以將金屬噴射和陶瓷粘合劑噴射結合在一個構建中。
該公司表示，其固態電池的能量容量比去年提高了100倍，體積能效提高了12倍以上。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這家位于加利福尼亞州圣何塞的初創公司預計將在今年晚些時候從原型打印機系統發展為第一臺自動打印機。Littau說，這應該可以將公司打印電池的能力提高一個數量級或更多。
隨著Sakuu的規模擴大，另一家3D打印公司表示，它通過自己的固態電池設計實現了重要的里程碑。瑞士公司BlackstoneResources的德國子公司BlackstoneTechnology于4月宣布，它成功打印并測試了其首個工作固態電池。（微型電池袋的照片顯示它為LED燈帶供電。）該公司也在為液體電解質電池開發自動化3D打印技術。
與此同時，電池科學家正在努力改進固態化學本身。
李欣表示，雖然固態鋰金屬設計長期以來一直被認為是電池的大獎，但由于其高容量和能量密度，該技術也存在穩定性差的問題。這個問題幾十年來一直困擾著電池的商業化之路。
問題是鋰金屬絲，稱為“枝晶”。隨著每個電池循環在陽極上生長。最終，針狀枝晶可以穿透電解質到達陰極。如果發生這種情況，電池更有可能短路并可能著火。安全問題是電動汽車電池的一個大問題。
最近，李和他的哈佛同事開發了一種獨特的方法來抑制枝晶生長。這個想法是在陽極和陰極之間分層不同穩定性的不同材料，來控制討厭的細絲。研究人員表示，他們的實驗室原型可以在高電流密度下充電和放電至少10,000次，而性能不會下降太多。
李說，如果穩定性問題得到解決，那么固態電池在電動汽車電池市場有巨大的擴張機會。然而，特別是當談到3D打印電池時，他說他不太確定它們的潛力。總的來說，3D打印太慢了，他說，并補充說這個過程可能更適合制造微型電池，比如電腦主板和手表中的電池。
就Sakku而言，Sakku表示其3D打印過程是為電動汽車設計的。這家初創公司得到了日本汽車零部件制造商MusashiSeimitsu的支持。不過，Littau表示，電動汽車遠不是唯一的潛在市場。它的打印平臺可以制造從兩輪滑板車電池到物聯網設備和醫療設備傳感器的所有產品。印刷實際上開啟了一些有趣的可能性，他說。
