3D列印電極為鋰電池增添全新的元素

據外媒報道，鋰電池圈的研究重點集中在電極上。作為導電介質中輸入或導出電流的組件，科學家們不斷調整其組成及其產生的化學反應，以追求更好的電池性能。這其中包括卡內基梅隆大學的研究人員，他們提出了一種3D列印格柵電極的新方法，他們認為這種方式帶來了「前所未有的改進」。

尋找新的和改進的鋰電池電極已經出現了許多有希望的可能性。這些涉及將硅置於石墨烯「牢籠」內，開發微小的納米線，並開發出SiliconX等新材料。3D列印也已成為可能的一種途徑，因為它可用於生產具有多孔結構的電極，為電解質滲透提供額外的通道，從而產生更好的電池容量。目前，最佳結構被稱為叉指幾何，但正如卡內基梅隆大學機械工程副教授Rahul Panat所說的那樣，它有一個上限。

「叉指幾何形狀確實是多孔的，確實允許電解質通過通道，」Panat告訴New Atlas。「然而，它是一種2D結構，只能通過擠壓列印擴展到3D，並且它的製造方式有限。」Panat和一組機械工程師開發了一種新的3D列印方法，克服了這一限制，並允許任何尺寸的微晶格架構。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複雜3D結構的方式粘附。

「由於這種方式，印刷的液滴粘附在支柱上而不是從支柱上脫落，」Panat表示。「然後壓板加熱去除溶劑，使得柱子準備好接收下一個含有銀納米粒子的液滴。這是一個非常快速的過程，一直持續到形成完整的晶格。人們此前沒有使用這種機制來製造電池。我們開發了這種機制，並且正在申請專利。「

當用作鋰離子電池中的電極時，所得的微晶格結構表現良好。該團隊在實驗室進行了一系列測試，發現與標準電池電極相比，格子電極的比容量增加了四倍（單位質量的mAh容量），面積容量增加了兩倍。它們在40個電化學循環後保留其複雜的晶格結構。

「我們將尋求嘗試不同的電極材料，並探索通過多噴嘴系統擴大生產規模，」Panat解釋道。「此外，可以增加加熱速率，以縮短微滴的蒸發時間，從而加快工藝流程。我們希望與行業合作夥伴和投資者合作，為未來的商業化提供資金。」

該研究發表在《Additive Manufacturing》雜誌上。

文章來源：cnbeta

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