可制造任意形状锂离子电池的3D打印技术问世

2019-10-09      275 次浏览

锂离子电池为智能手机和平板电脑,电子烟和电动汽车提供动力,到目前为止,制造商不得不围绕标准电池尺寸设计他们的设备,并且它限制了消费设备的设计选项和容量。但由ChristopherReyes和BenjaminWiley领导的研究人员已开发出一种新的3D打印方法,几乎可以打印任何形状的锂离子电池。


锂离子电池:是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。


市场上的大多数锂离子电池都是矩形或圆柱形。从理论上讲,3D打印技术可以打印几乎任何形状的整个设备,包括电池,结构和电子元件。然而,阻碍全3D打印锂离子电池的问题在于用于3D打印的聚合物,例如聚(乳酸)(PLA),不是离子导体。研究人员希望找到一种使用低成本和广泛使用的熔丝制造(FFF)3D打印机来打印完整锂离子电池的方法。


为了提高PLA的离子电导率,研究人员将用于3D打印的PLA注入电解质溶液中。此外,他们分别将石墨烯或多壁碳纳米管结合到阳极或阴极中,以帮助提高电池的导电性。为了展示电池的潜力,研究人员3D打印了一个带有集成锂离子电池的LED手镯。并且手镯电池可以为绿色LED供电约60秒。


该团队指出,第一代3D打印电池的容量比商用电池低约两个数量级,商用电池的实际使用率太低。未来的工作可能包括开发增加3D打印电池容量的方法,例如“用可以容纳高载量活性材料的3D可印刷浆料代替聚合物基阳极和阴极材料,并且可以与聚合物隔板串联印刷,使用替代纳米材料(如还原氧化石墨烯)可能同时用作导电填料和活性材料,无需使用非活性导电材料和低导电率活性材料。


包括活性材料,LTO和LMO在聚合物中混合之前使用导电填料可以改善活性材料在聚合物中以低浓度存在时的电接触。这些结果应该有助于那些寻求创造能量存储材料的设备和可以3D打印制造电池的设备的任意形状。


本文摘自:中国3D打印网


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