卡內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，通過增材制造產生最佳多孔電極的內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?！?/span>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?！?/span>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年內準備好轉化為工業(yè)應用。
本文轉載自：中國3D打印網 中國3D打印網譯自：3ders.org
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