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鋰電池也能3D打印了,想要什么大小形狀都有

鉅大LARGE  |  點擊量:1239次  |  2018年11月14日  

市面的鋰離子電池都有固定形狀,像是電動車采用的18650就是圓柱形,手機電池多是方形設計。當制造商設計產品時,得先為電池留出空間,這就會限制設計師的想象了。

為了解決問題,不少機構開始將目光瞄準號稱“什么都可以印”的3D打印技術。照理來說該技術可以打造出任何形狀的物體,電池、結構與電子組件都可以一機搞定,然而3D打印使用的聚合物聚乳酸(PLA)并非離子導體,不具導電性,鋰離子電池的電流技術難以用于打印技術。

因此杜克大學提出一項解決方案,在聚乳酸里注入乙基碳酸甲酯、碳酸丙烯酯和過氯酸鋰混合物,有望提升離子導電率,且團隊也在陰極、陽極添入石墨烯或多層壁納米碳管,這樣一來電池的導電率也可進一步提高。

雖然這些化學名詞聽起來很復雜,但團隊指出,該技術可用低成本且廣泛使用的3D打印技術達成,利用熔絲制造技術(fusedfilamentfabrication,FFF)就可以完完整整地將鋰離子電池打印成任何形狀與尺寸。

團隊也用此方法3D打印搭載鋰離子電池的LED手環,其中鋰電池可為手環的綠光LED提供60秒電力。研究員表示,初代3D打印電池的容量數量級還是比商用電池低,沒辦法跨越商業門坎,未來團隊將嘗試采用可印刷的漿料來取代聚乳酸。

杜克大學也不是唯一一個想到運用3D打印制造電池的機構,美國卡內基美隆大學也如火如荼開發3D打印電池技術,并認為他們的電極擁有多孔和通道優勢,可大幅提升鋰離子電池的容量。卡內基美隆大學機械工程副教授RahulPanat表示,多孔結構能讓大量鋰離子穿透電極,有助于提升電極的使用率與電池儲存容量。

目前該團隊正在使用微晶格(microlattice)結構來提升電池容量和充放電速度,并利用美國Optomec的AerosolJet氣溶膠噴射3D噴印技術來打印電池,除了可印出電阻器、電容、天線、傳感器與薄膜晶體管等零件,還可以輕松調整數值,像是可以用印刷參數調整電阻器的奧姆數值,組件也可印刷到3D表面,不需要再建立獨立基板,有望降低最終產品的尺寸、厚度與重量。

若這些技術順利走出實驗室、跨越商業化門坎,3D電池打印技術將可在消費性電子產品、醫療與航天領域大放異彩,未來若要開發小型、輕便且可撓的可穿戴電子設備,就無須再煩憂電池的大小與形狀。

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