3Д печатая следующее поколени батарей лития

Сводка: печатание 3Д можно использовать для того чтобы изготовить пористые электроды для литий-ионных аккумуляторов -- но из-за природы процесса производства, дизайн этих электродов напечатанных 3Д ограничен к как раз немного возможных архитектур. До настоящего времени, внутренняя геометрия которая произвела самые лучшие пористые электроды через аддитивное производство была что как интердигитатед геометрия -- пронгс металла блокировали как пальцы 2 сжиманных рук, с литием двигая взад и вперед между 2 сторонами.

Емкость литий-ионного аккумулятора можно чрезвычайно улучшить если, на микромасштабе, их электроды имеют поры и каналы. Интердигитатед геометрия, хотя она позволяет литию транспортировать через батарею эффективно во время поручать и дишаргинг, не оптимальна.

Рахул Панат, адъюнкт-профессор машиностроения в университете Карнегие Меллон, и команда исследователей от Карнегие Меллон в сотрудничестве с университетом Миссури науки и техники начинало революционный новый метод 3-Д электродов батареи печатания который создает 3-Д структуру микролаттисе с контролируемой пористостью. 3-Д печатание эта структура микролаттисе, исследователи показывает в бумаге опубликованной в производстве журнала аддитивном, чрезвычайно улучшает тарифы емкости и обязанност-разрядки для литий-ионных аккумуляторов.

«В случае литий-ионных аккумуляторов, электроды с пористыми архитектурами могут привести более высоко для того чтобы поручить емкости,» говорит Панат. «это связано с тем что такие архитектуры позволяют литию прорезать через том электрода водя к очень высокому использованию электрода, и таким образом более высокая емкость накопления энергии. В нормальных батареях, 30-50% из полного тома электрода неиспользованн. Наш метод преодолевает этот вопрос путем использование печатания 3Д где мы создаем архитектуру электрода микролаттисе которая позволяет эффективному переходу лития через весь электрод, который также увеличивает тарифы зарядки аккумулятора.»

Аддитивный производственный прочесс представленный в бумаге Панат представляет основнное развитие в печати сложной геометрии для 3-Д архитектур батареи, так же, как важный шаг к геометрически оптимизировать 3-Д конфигурации для электрохимического накопления энергии. Исследователи оценивают что эта технология будет готова перевести к промышленным применениям в около 2-3 летах.

Используемая структура микролаттисе (Аг) по мере того как были показаны, что улучшили электроды литий-ионных аккумуляторов представление батареи в нескольких путей как четырехкратный рост специфической емкости и двукратный рост ареальной емкости сравниванный к твердому электроду блока (Аг). Фуртерморе, электроды сохранили их сложные решетчатые структуры 3Д после 40 электрохимических циклов демонстрируя их механическую робастность. Батареи могут таким образом иметь большую емкость для такого же веса или друг, для такой же емкости, чрезвычайно уменьшенный вес -- что важный признак для применений транспорта.

Исследователи Карнегие Меллон начали их собственный 3-Д метод печатания для создания пористых архитектур микролаттисе пока усиление существующие возможности системы печатания двигателя аэрозоля 3-Д. Система двигателя аэрозоля также позволяет исследователям напечатать плоскостные датчики и другую электронику на микромасштабе, который был раскрыт на коллеже университета Карнегие Меллон проектировать ранее в этом году.

До настоящего времени, 3-Д напечатанные усилия батареи были ограничены к основанному на штранг-прессовани печатанию, где провод материала прессован от сопла, создавая непрерывные структуры. Структуры Интердигитатед были возможны используя этот метод. С методом начатым в лаборатории Панат, исследователи могут к 3-Д печати электроды батареи быстро собирать индивидуальные капельки по-одному в трехмерные структуры. Приводя структуры имеют сложную геометрию невозможную для того чтобы изготовить используя типичные методы штранг-прессования.

«Потому что эти капельки отделены от одина другого, мы можем создать эту новую сложную геометрию,» говорит Панат. «Если это было одиночным потоком материала, то как в случае печатания штранг-прессования, мы не могли бы сделать их. Это новая вещь. Я не считаю, что кто-нибудь до настоящего времени использовало 3-Д печатание для создания этих видов сложных структур.»

Этот революционный метод будет очень важен для бытовой электроники, индустрии медицинских служб, так же, как применений в авиации и космонавтике. Это исследование интегрирует хорошо с биомедицинскими электронными устройствами, где миниатюризированные батареи необходимы. Не-биологические электронные микро-приборы также извлекают пользу из этой работы. И в более большом масштабе, электронные устройства, небольшие трутни, и применения в авиации и космонавтике сами могут использовать эту технологию также, должный к низкому весу и большой емкости батарей напечатанных используя этот метод.

Включение литий-ионного аккумулятора поддержки БАТАРЕИ ТАК различное цилиндрических лития полимера и клетки и пакета батареи лифепо4