研究人員：3D打印電極為鋰電池帶來前所未有改進(jìn)

 據(jù)外媒報(bào)道，鋰電池圈的研究重點(diǎn)集中在電極上。作為導(dǎo)電介質(zhì)中輸入或?qū)С鲭娏鞯慕M件，科學(xué)家們不斷調(diào)整其組成及其產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，以追求更好的電池性能。這其中包括卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員，他們提出了一種3D打印格柵電極的新方法，他們認(rèn)為這種方式帶來了“前所未有的改進(jìn)”。

尋找新的和改進(jìn)的鋰電池電極已經(jīng)出現(xiàn)了許多有希望的可能性。這些涉及將硅置于石墨烯“牢籠”內(nèi)，開發(fā)微小的納米線，并開發(fā)出SiliconX等新材料。3D打印也已成為可能的一種途徑，因?yàn)樗捎糜谏a(chǎn)具有多孔結(jié)構(gòu)的電極，為電解質(zhì)滲透提供額外的通道，從而產(chǎn)生更好的電池容量。目前，最佳結(jié)構(gòu)被稱為叉指幾何，但正如卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程副教授Rahul Panat所說的那樣，它有一個上限。

“叉指幾何形狀確實(shí)是多孔的，確實(shí)允許電解質(zhì)通過通道，”Panat告訴New Atlas。“然而，它是一種2D結(jié)構(gòu)，只能通過擠壓打印擴(kuò)展到3D，并且它的制造方式有限。”Panat和一組機(jī)械工程師開發(fā)了一種新的3D打印方法，克服了這一限制，并允許任何尺寸的微晶格架構(gòu)。它涉及使用正確的表面和慣性力將精確尺寸的微量液滴噴出，使液滴能夠以允許形成復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)的方式粘附。

“由于這種方式，印刷的液滴粘附在支柱上而不是從支柱上脫落，”Panat表示。“然后壓板加熱去除溶劑，使得柱子準(zhǔn)備好接收下一個含有銀納米粒子的液滴。這是一個非?？焖俚倪^程，一直持續(xù)到形成完整的晶格。人們此前沒有使用這種機(jī)制來制造電池。我們開發(fā)了這種機(jī)制，并且正在申請專利。“

當(dāng)用作鋰離子電池中的電極時，所得的微晶格結(jié)構(gòu)表現(xiàn)良好。該團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了一系列測試，發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)電池電極相比，格子電極的比容量增加了四倍(單位質(zhì)量的mAh容量)，面積容量增加了兩倍。它們在40個電化學(xué)循環(huán)后保留其復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)。

“我們將尋求嘗試不同的電極材料，并探索通過多噴嘴系統(tǒng)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，”Panat解釋道。“此外，可以增加加熱速率，以縮短微滴的蒸發(fā)時間，從而加快工藝流程。我們希望與行業(yè)合作伙伴和投資者合作，為未來的商業(yè)化提供資金。”