卡內基梅隆大學的工程師開發出一種3D打印電池電極的新方法，可創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。”Panat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，形成連續的結構。卡內基梅隆大學的研究人員開發了自己的3D打印方法，以創建多孔微格結構，同時利用Aerosol Jet 3D打印系統的現有功能。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在都使用3D打印來創造這些各種復雜的結構?！?/span>這種3D打印方法對于消費電子，醫療設備行業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應用。
本文轉載自：中國3D打印網 中國3D打印網譯自：3ders.org
