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锂电池也能3D打印了,想要什么大小形状都有

时间:2018-11-08 作者:EnergyTrend 阅读:
锂离子电池为应用范围数一数二广的储能技术,大多电动车与 3C 设备都运用锂电池来驱动,只不过目前产品设计都环绕着电池的尺寸、形状与重量发展,若要开发大型或是更轻便的设备,还是得取决于电池大小。美国杜克大学对此提出一项解决方案,有望利用 3D 打印技术来制造任何形状的电池。

市面的锂离子电池都有固定形状,像是电动车采用的 18650 就是圆柱形,手机电池多是方形设计。当制造商设计产品时,得先为电池留出空间,这就会限制设计师的想象了。

为了解决问题,不少机构开始将目光瞄准号称“什么都可以印”的 3D 打印技术。照理来说该技术可以打造出任何形状的物体,电池、结构与电子组件都可以一机搞定,然而 3D 打印使用的聚合物聚乳酸(PLA)并非离子导体,不具导电性,锂离子电池的电流技术难以用于打印技术。

因此杜克大学提出一项解决方案,在聚乳酸里注入乙基碳酸甲酯、碳酸丙烯酯和过氯酸锂混合物,有望提升离子导电率,且团队也在阴极、阳极添入石墨烯或多层壁纳米碳管,这样一来电池的导电率也可进一步提高。

虽然这些化学名词听起来很复杂,但团队指出,该技术可用低成本且广泛使用的 3D 打印技术达成,利用熔丝制造技术(fused filament fabrication,FFF)就可以完完整整地将锂离子电池打印成任何形状与尺寸。

团队也用此方法 3D 打印搭载锂离子电池的 LED 手环,其中锂电池可为手环的绿光 LED 提供 60 秒电力。研究员表示,初代 3D 打印电池的容量数量级还是比商用电池低,没办法跨越商业门坎,未来团队将尝试采用可印刷的浆料来取代聚乳酸。

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杜克大学也不是唯一一个想到运用 3D 打印制造电池的机构,美国卡内基美隆大学也如火如荼开发 3D 打印电池技术,并认为他们的电极拥有多孔和通道优势,可大幅提升锂离子电池的容量。卡内基美隆大学机械工程副教授 Rahul Panat 表示,多孔结构能让大量锂离子穿透电极,有助于提升电极的使用率与电池储存容量。

3D-printed-battery-layers.jpg

目前该团队正在使用微晶格(microlattice)结构来提升电池容量和充放电速度,并利用美国 Optomec 的 Aerosol Jet 气溶胶喷射 3D 喷印技术来打印电池,除了可印出电阻器、电容、天线、传感器与薄膜晶体管等零件,还可以轻松调整数值,像是可以用印刷参数调整电阻器的奥姆数值,组件也可印刷到 3D 表面,不需要再建立独立基板,有望降低最终产品的尺寸、厚度与重量。

若这些技术顺利走出实验室、跨越商业化门坎,3D 电池打印技术将可在消费性电子产品、医疗与航天领域大放异彩,未来若要开发小型、轻便且可挠的可穿戴电子设备,就无须再烦忧电池的大小与形状。

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